微透鏡陣列（MLA）薄膜在OLED中的應用

平板顯示技術（FDP）作為光電子技術的一個重要分支的應用前景廣闊和巨大的市場需求而受到人們的廣泛關注。OLED（有機電致發光器件 Organic Electroluminescence Device）具有超輕薄、低能耗、廣視角、反應時間快、節能、環保、壽命長等特點被認為是新一代顯示技術。

由于OLED不需要背光源、重量輕。對比度高、高速無閃爍以及全色彩顯示等優點，已應用于手機、MP3數碼相機、電腦等中小型設備中。

微透鏡陣列作為一類重要的微光學器件，具有許多的光學性質，通過調整形狀、焦距、排布、占空比等參數可以對入射光束進行擴散、整形。均勻、聚焦、成像等調制，實現特定的功能。微透鏡陣列是提高OLED 外量子效率的一類重要方法，微透鏡陣列結構不但不影響輻射光譜分布，而且還能有效抑制基底/空氣界面的全反射和波導效應，提高OLED 的外量子提取效率。而且微透鏡陣列還具有制作工藝成熟、易于實現集成和大幅面的優點。

一般而言，描述OLED器件性能的參數有很多，如發射光譜、發光亮度、發光色度和發光效率等，發光效率是最重要的性能指標之一。由于OLED 發光屬于電流驅動（電子、空穴注入后發生復合），因此量子效率可以準確的描述OLED的發光性能。量子效率可又分為內量子效率（Internal quantum efficiency）和外量子效率（external quantum efficiency），內量子效率是在器件內部由復合產生輻射的光子數與注入的電子空穴對數之比。由于OLED 器件是多層結構，有機發光層發出的光經過由波導效應（waveguide）或再吸收而損失，在界面處還有一部分被反射。外量子效率是指在觀察方向，射出器件表面的光子數的比。外量子效率不但與所用材料的特性有關，還與器件的結構等關系密切。器件的發光效率由其外量子效率來反映。

隨著新型材料的應用，OLED 的內量子效應已經接近100%，然而受到基底/空氣界面全內反射和有機波到效應的作用，在玻璃/空氣界面，入射角大于臨界角的光繁盛全反射，30%的光在玻璃基底內傳播而不能耦合到空氣中；50%的光在ITO有機層中以波導的模式傳播，因此OLED 外量子提取效率通常只能達到20%左右，這在很大程度上限制了OLED 的實際應用。如何在不影響OLED 輻射光譜的的前提下提高其外量子提取效率成為研究熱點。

微透鏡的排列方式根據基底形式和有效占空比的需要可以有很多種，這里主要介紹兩種：正交排列和蜂窩排列。如下圖所示，微透鏡有效占空比，是指微透鏡所占面積與其整個陣列面積之比。正交排列的微透鏡陣列的占空比K可以表示為

其中D為微透鏡的口徑，1為相鄰微透鏡之間的最小間隔。占空比的高低從某方面可以反映微透鏡陣列對入射光的利用率的高低。其值越大，則說明光能量能被微透鏡較好地會聚到焦點上，損失的光能就越小。如上圖所示，當微透鏡口徑以及相鄰微透鏡之間的最小間隙相同時，(b)圖所示的蜂窩排列微透鏡的占空比比(a)圖所示的正交排列的占空比大。

使用激光共聚焦顯微鏡（NS3500, Nanoscope Systems, 韓國）測量微透鏡的3D 和2D 輪廓，如下圖所示

結論

通過研究表明，采用相同口徑且間隔一致的微透鏡陣列時，在±40°的視角范圍內，OLED 的外量子提取效率都增加了，相鄰微透鏡的間隔越小，即微透鏡的占空比越大，OLED 的相對輻射光強越大，垂直OLED 基底方向的光強也越大。當微透鏡緊密排列時，相同口徑和間隔的微透鏡陣列，蜂窩排列的微透鏡占空比比正交排列的占空比大，因此，貼附蜂窩排列微透鏡陣列的的OLED，在垂直基底方向的幅射光強較大，與不貼附微透鏡陣列時相比，最多可提高57%，而正交排列的微透鏡陣列最多可提高50.3%