微共振腔效應(Microcavity effect)

所謂的微共振腔效應就是元件內部的光學干擾，在無機面射型雷射或無機二極體 中已被廣泛研究，在OLED 中，不論是上發光或是下發光元件，都有程度不一的共振 腔效應，微共振腔效應主要是指不同能態的光子密度被重新分配，使得只有特定波長 的光在符合共振腔模式後，得以在特定的角度射出，因此光波的半高寬 (Full width half maximum, FWHM) 也會變窄，在不同角度的強度和光波波長也會不一樣。下發光元件 的陰極具有高反射率，陽極則有高穿透性，當光子從發光層發出後，因為光是往四面 八方發射的，所以大部分的光直接穿出透明電極，一部分則是經由高反射率的電極全 反射，如圖1-9 (a)，此時的干涉現象比較屬於廣角干涉(Wide-angle interference)。而在 上發光元件中，陰極往往都是半透明的金屬電極，因此光在此電極的反射增加，而造 成多光子束干涉(Multiple-beam interference)，如圖 1-9 (b)，因此微共振腔效應也就更 明顯。在顯示器的應用上，發光強度和顏色會隨視角而改變是最大的致命傷，因此如 何控制微共振腔效應是應用上放光元件時所需注意的。

圖1-9 (a) wide-angle 和 (b) multiple-beam interference示意圖[38]

( ) ^{( )}

化的元件厚度[40]。

(式 4) (式 5)

2004 年，柯達 Van Slyke 等人將 Fabry-Perot 共振腔的原理應用在上放光元件的模 擬[41]。首先假設元件中再結合區域通常靠近電洞傳輸層和發光層的介面，因此固定 發光層和電子傳輸層的厚度，改變電洞傳輸層的厚度來調整共振腔的長度。模擬的元 件結構是Glass/Ag (100 nm)/NPB (x nm)/EML (30 nm)/Alq3 (30 nm)/MgAg (14 nm)/Alq3

(85 nm)。使用銀當作陽極，MgAg 當作陰極，之後再加一層可以提高穿透度和光導出 率的 Alq3 當作折射率相配層，其中紅光發光層設定為 Alq3:(5% Rubrene + 2%

DCJTB)，綠光設定為 Alq3:0.5% C545T 和藍光為 TBADN:2% TBP。固定發光層和電子 傳輸層的厚度在30 nm，改變 NPB 的厚度使得整個光學厚度符合原本紅、綠、藍發光

表三 最佳化的紅綠藍上發光元件特性

也有許多研究者希望在微共振腔中得到多波段的白光放射，例如調整共振腔的光 學長度來得到多模態(Multimode)的放射[42]，或在元件內設計多個共振腔[43]，但是這 些設計往往需要很厚的光學長度，而且效率也都不高，沒有實際應用價值。交通大學 OLED 研究團隊在 2005 年的 SID 會議中，發表第一個高效率上發光白光元件的例子 [44]，如圖 1-11，此元件以 Ca/Ag/SnO2為透明陰極，Ag/CFx為反射陽極，有機層結構 為NPB (50 nm)/NPB:1.5% Rubrene (20 nm)/MADN:3% DSA-Ph (40 nm)/Alq3 (10 nm)。

與使用Ag/ITO 陽極的 Device A 比較可以發現，Device A 中有強烈的微共振腔效應，

只有單一模態的放射，而Device B 有明顯的三個發射峰，且隨著視角變化，EL 光譜 並無太大改變，Device B 的 CIEx,y色座標為(0.31, 0.47)，效率可達 22 cd/A，是下發光 元件效率的兩倍[44]。

圖1-11 多波段放射的上發光元件結構與EL光譜（插圖為不同視角下的EL光譜）