王 健,张乐天

(1.吉林大学学报(理学版)编辑部,吉林 长春 130012;2.吉林大学电子科学与工程学院,吉林 长春 130012)

0 引言

1987年,邓青云和史蒂文·范斯莱克(Steven Van Slyke)展示了第一款实用有机电致发光器件(OLED),这是有机光电子学领域的一个重大突破.该OLED采用了“三明治”结构,由多个薄膜层组成,包括ITO阳极、三芳胺空穴传输层、三(8-羟基喹啉)铝发光层和镁银合金电极[1].这种结构的重要意义在于它可以在低压(<10 V)下形成均匀的强电场(107～108V/m),使非晶态有机半导体材料实现良好的载流子注入和传输[2-4].此外,采用多层结构可以精准调控载流子/激子动力学行为,改善载流子的平衡性,提高激子辐射复合几率[5-6].随后,为了进一步提高OLED的性能,载流子注入、传输和阻挡层等也被逐步引入到器件中,形成多层薄膜结构,以将载流子和激子有效地限制在发光层内[7-8].通过结合高效率的有机发光染料,多层薄膜结构的OLED的内量子效率(IQE)已经接近100%[9-10].这一发展极大地提升了OLED的性能,使其成为智能手机领域显示器应用广泛的选择.由于多层薄膜结构的优势,量子点电致发光器件(QLED)和钙钛矿电致发光器件(PeLED)也采用多层薄膜结构,可以实现接近100%的内量子效率[11-12].

尽管多层薄膜结构在电学方面具有巨大优势,但同时也导致OLED、QLED和PeLED这三类薄膜电致发光器件都存在严重的光输出损耗问题.这是由于各功能层材料折射率的差异性导致薄膜界面处产生全反射现象,从而限制了光子的输出,包括衬底模式(Sub)和波导模式(Wg)产生的光输出损耗[13-14].此外,由于发光层与金属电极的距离Δx小于发光波长λ,激子辐射可以在金属-介质界面处激发表面等离激元(SP),并与之耦合产生表面等离极化激元(SPP),导致能量被金属吸收而损耗,即SPP损耗.虽然OLED、QLED和PeLED已经实现了接近100%的IQE,但是它们在实际应用中的外部量子效率(EQE)仍然受到光损耗的限制,目前公认的EQE约为30%.因此,理论分析这些器件中偶极子光源的光功率耗散特性,理解器件中的光物理过程,并根据这些信息改进器件结构设计以提高光取出效率,对于进一步改善器件性能非常重要.OLED、QLED和PeLED采用不同的发光层材料,分别为有机、量子点和钙钛矿膜.这些材料的折射率存在明显的差异,导致偶极子光源在这些器件中……