白光有機發光元件技術發展現況

刊登日期:2013/5/2
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白光OLED具備許多照明應用上的優勢,如高演色性指數(Color Rendering Index; CRI)、可撓曲性、透明性及環境優化等特性。由於有機材料本質具有寬廣的放光範圍(半波峰寬> 60 nm),透過多種顏色有機發光材料的使用,能輕易組合出涵蓋整個可見光區域的光源,演色性指數可達80~90以上,照射於物體上更能夠真實呈現物體的顏色;OLED製作於具可撓曲特性的塑膠或不銹鋼基板上,使其可以不同的形狀樣式表現,而且塑膠不像玻璃有碎裂的問題,可提升燈具的安全性。

光取出技術
典型的OLED元件之光取出(Light Outcoupling)效率約僅有20%,主要是因為ITO(n~1.8)和玻璃基材(n~1.5)間、玻璃基材和空氣間(n~1.0)的折射率落差過大,以及有機材料層和透明導電層的波導特性所導致。OLED元件中的發光分布透過理論計算,可分為Air Mode、Substrate Mode、Waveguided Mode及表面電漿子(Surface Plasmon)效應或金屬電極吸收四種模式,各模式所占比例分別約為20%、25%、15%和40%。透過外部取光(External Light Out-coupling)及內部取光(Internal Light Out-coupling)技術,將侷限在Substrate Mode、Wave-guided Mode和表面電漿子效應的光取出,就能夠大幅提升OLED元件的發光效率。

目前市面上之白光OLED照明產品,所使用的光取出技術僅限於外部取光,元件的發光效率約可提升1.5倍;而內部取光則尚未應用於商品中,顯示內部取光技術之難度甚高,主要原因為內部取光之結構設置於元件內部,需考量其結構、材料及製程對OLED元件之光電性質的影響,尤其OLED元件架構中整體膜厚非常薄,元件性質對製程參數非常敏感,更增加內部取光應用於量產商品的技術門檻。
1. Asahi Glass
旭硝子公司利用KIWI Technology技術,開發一整合光取出結構的玻璃基板,其結構包括一散亂層(Light Scattering Layer)及一短路抑制層(Short Reduction Layer),如圖一所示。散亂層由高折射率玻璃物質(n~1.9)和粒徑為數微米的低折射率陶瓷顆粒(n~1.5)組成,將陶瓷顆粒混摻於玻璃物質內並塗佈於玻璃基板上,陶瓷顆粒為光的散射中心,選用陶瓷顆粒是因為較易控制其粒徑分布及密度;短路抑制層為平坦層材料,其功能為覆蓋於散亂層上,使其與ITO接觸的表面粗糙度變小,避免元件因短路而產生漏電流,此平坦層材料具抗酸鹼特性,可通過ITO蝕刻製程的考驗。


圖一、旭硝子公司光取出玻璃基板結構

2. Panasonic Corporation
由於高折射率之玻璃基板成本太高,大面積化也有技術上的困難,因此Panasonic採用具有高折射率及高透明性的Plastic Film與一般玻璃組合成的複合基板,並在Plastic Film與玻璃貼合的表面製作Micro-lens Array(MLA),以減少光從Plastic Film進入玻璃時的全反射;同時在玻璃的兩側製作具抗反射特性的結構,可將玻璃至空氣的反射率降低至3%,Panasonic之光取出基板結構(Built-up Out-coupling Substrate)如圖二所示。

白光有機發光元件研發近況
5. 工業技術研究院
工研院材化所研發高效率磷光白光OLED,以元件結構TO/TAPC/TCTA:FIrpic/PO-01/CzDBS:FIrpic/TmPyPhB/Cs2CO3/Al(圖六)製作高效率雙色白光OLED,操作電壓3.4 V時,亮度達1,022 cd/m2、效率可達63 lm/W,貼上外部取光之光學膜後,其效率可達92 lm/W(圖七)。目前工研院亦積極開發內部光取出技術,搭配外部光取出之光學膜,整體元件的光取出效率應可超過1.8倍,磷光白光OLED之效率將可達110 lm/W以上……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文


圖七、
工研院材化所之磷光白光OLED效率

作者:古俊能 /工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌317期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=11052


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