OLEDs 的出光損失主要可分為橫向表面電漿共振模態(Surface Plasmon Polaritons; SPPs)、光波導模態 (Wave-guided Modes; WGMs)、基板模態 (Substrate Modes) 與電極吸收(Electrode Adsorption)等四大項。產生損失的原因主要是因為界面折射率的不匹配，如圖一所示，由於OLEDs 元件為堆疊的三明治結構， 其中包含了有機層(Organic Layer)，折射率(n)約為1.7~2.0 ，發光層夾在透明導電層與反射金屬電極之間，最常見的透明導電層如ITO (n~1.8-1.9) 折射率較高，基板則位於最外層，如玻璃基板(n~1.5)，而空氣折射率為1.0 。SPPs 是光在金屬與有機層界面被散射(Scattering)或引導成沿著界面的平行表面電磁波，此部分的損失約占了40%； WGMs 與 Substrate Mode 則是因光全反射，分別在透明導電層與玻璃界面(15%)以及玻璃與空氣界面(23%)的光被侷限所造成的損失；另外4% 的損失來自於電極本身材料吸收的損失。
圖一、一般OLED 元件中，各種造成光損失的模態分析
白光OLED 取光技術文獻回顧
1. 外部取光技術
近年來各國在OLED 光取出技術開發的投入越來越多，最常見的方式是在玻璃基板與空氣的界面製作外部取光結構，包括利用塗佈擴散粒子或噴砂造成散射效果、貼附擴散膜、增亮膜、製作微透鏡陣列(Microlens Array)或抗反射層以破壞空氣- 基板界面全反射條件，達到光取出效果。
(1)外貼稜鏡片與擴散膜
Hoang-Yan Lin等人利用市售的擴散膜(BS-702)或增亮膜(BEF II 90/50)貼附在白光OLED 元件上（圖二(a)及(b)），實驗驗證擴散膜比增亮膜具有更好的取光效果，在正面（0 度視角）的電流效率分別提升34% 和31% 。以擴散膜做為外部取光結構在各視角加總的取光效果（圖二(c)），以及對於發光波長的色偏則明顯較增亮膜好。
圖二、(a)擴散膜(BS-702)與(b)增亮膜(BEF II 90/50)的SEM圖；(c)有貼微結構膜與一般OLED元件在不同視角的亮度表現
2. 內部取光技術
要更進一步提升元件效率，則必須使用內部取光結構，解決光波導模態(WGMs)與表面電漿共振模態(SPPs)造成的光損失。目前常見的內部取光技術包含多層膜共振腔結構、低折射率網格、內部散射粒子層、類週期性皺摺結構、平坦化光子晶體結構等。
(3)平坦化光子晶體結構
韓國Jang-Joo Kim 教授的團隊提出以高折射率材料(ZnO, n = 1.76)填平奈米壓印之光子晶體(PC)結構的溶液製程(Solution Process)，與PECVD 鍍膜150 nm SiN 的平坦化製程相比，經過ZnO 溶液平坦化製程後，可大幅降低表面粗糙度。
工研院光取出技術發展近況
目前進行開發的光取出基板結構，包括ITO/ 高折射率層/ 玻璃/ 低折射率層（簡稱結構1）、ITO/ 高折射率層/ 玻璃/ 擴散膜層（簡稱結構2）和ITO/ 高折射率平坦層/ 週期性奈米結構層/ 玻璃/ 擴散膜層（簡稱結構3），分述如下。
1. 光取出基板結構1
此結構之光取出基板是利用干涉效果，讓落在ITO 、基板和空氣界面的臨界角內的光有最大的穿透率，減少被困在元件內之光線而使更多光能穿透至基板外，此光取出基板的結構如圖九所示。高折射率層材料的選擇，折射率必須介於ITO 和玻璃基板之間，使用材化所自行開發的高折射率材料，其折射率可控制在1.60~1.65 的範圍；而低折射率層材料的折射率必須介於玻璃基板和空氣之間，材化所自行開發折射率為1.30~1.35 的低折射率材料符合條件。在此光取出基板上製作白光OLED 元件，並與一般玻璃基板之白光OLED 元件的發光效率比較，使用光取出基板的白光OLED 元件效率可提升27% ……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文
作者：林鼎晸、古俊能、高依琳、陳怡萍 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌305期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=10307