得益于過去三十年的深入研究，有機發(fā)光二極管(OLED)已穩(wěn)步占領電子市場，從OLED手機顯示器到電視屏幕的推出，應用程序的清單很長。目前OLED的研究主要集中在提高白色OLED在燈或汽車內(nèi)部照明等照明元件上的性能。

這些部件在穩(wěn)定性、角發(fā)射和功率效率方面都有更嚴格的要求。由于發(fā)光二極管只產(chǎn)生單色光，制造商使用各種添加劑混色工藝來產(chǎn)生白光。

自20世紀90年代首次開發(fā)白色oled以來，為了在實際亮度水平上實現(xiàn)平衡的白光光譜和高光效，科學家付出了大量的努力。然而沒有額外外耦合技術的白色oled外量子效率(EQE)今天只能達到20%到40%。大約20%產(chǎn)生的光粒子(光子)仍然被困在玻璃層中。其原因是玻璃與空氣界面上粒子的全內(nèi)反射。進一步的光子在有機層中被波導引導，而其他光子最終會在頂部金屬電極的界面上丟失，研究了從oled中提取捕獲光子的各種方法。

德累斯頓大學的西蒙·倫克博士和塞巴斯蒂安·雷納克教授領導的一個國際研究小組，提出了一種釋放光粒子的新方法，其研究成果發(fā)表在《自然通訊》上。物理學家們介紹了一種簡便、可伸縮、特別是無光刻的方法來生成具有方向隨機性和尺寸順序的可控納米結(jié)構，極大地提高了白色oled的效率。納米結(jié)構是由反應離子蝕刻而成。其優(yōu)點是可以通過調(diào)整工藝參數(shù)來控制納米結(jié)構的形貌。

為了理解所得到的結(jié)果，科學家們開發(fā)了一種光學模型，可以用來解釋oled效率的提高。通過將這些納米結(jié)構集成到白色oled中，可以獲得高達76.3%的外部量子效率。對于Simone Lenk博士來說，這種新方法開辟了許多新途徑：研究一直在尋找一種專門操縱納米結(jié)構的方法，這已經(jīng)有很長一段時間了。利用反應離子蝕刻技術，發(fā)現(xiàn)了一種經(jīng)濟有效的方法，可用于大表面，也適用于工業(yè)應用。

其優(yōu)點在于可以通過工藝參數(shù)完全調(diào)整納米結(jié)構的周期和高度，從而為白色oled找到最優(yōu)的外耦合結(jié)構。這些準周期納米結(jié)構不僅適合作為oled的外耦合結(jié)構，而且具有在光學、生物學和力學等領域進一步應用的潛力。納米結(jié)構上的聚二甲基硅氧烷(dimethylsiloxane)表面在壓縮應力釋放作用下會發(fā)生機械變形，其初始化是通過活性離子蝕刻來實現(xiàn)，蝕刻周期性和深度分布范圍從幾十納米到微米不等。

研究證明了獨立調(diào)整平均深度和主周期的可能性，將這些納米結(jié)構集成到一個雙單元串聯(lián)白色有機發(fā)光二極管中，通過提取襯底模，可以獲得最大外部量子效率達76.3%，發(fā)光效率95.7 lm W?1。在10000 cd m?2時，得到增強系數(shù)為1.53±0.12。通過考慮納米正弦波結(jié)構的偶極子取向、發(fā)射波長和偶極子位置，建立了納米正弦波結(jié)構的光學模型，并使得有機發(fā)光二極管(OLED)白色發(fā)光顯著提升。

博科園｜研究/來自：德累斯頓工業(yè)大學

參考期刊《自然通訊》

DOI: 10.1038/s41467-019-11032-z

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