OLED 之抗反射膜優化設計

八十八週年校慶暨第 19 屆三軍官校基礎學術研討會 民國一○一年五月十八日

OLED 之抗反射膜優化設計

鐘文詳

丁威翔

黃昶矞

劉育睿

林永貴

黃茂育

葉倍宏

1崑山科技大學電子工程系

2崑山科技大學光電工程系

摘要

本論文以自行研發的光學薄膜模擬自由軟體來模擬底部出光型OLED的抗反射膜優 化設計。此研究中使用LiF和CeO2兩種低、高折射率材料，波長範圍380nm到 780 nm，

以傳統尋找全區域平均反射率值最低的方式，將膜厚從0 到 0.5 設計波長均分為 100 等 份。模擬結果顯示，玻璃與ITO之間安排抗反射膜，其一層的優化設計為 Glass |0.0152L

|0.12I|OLED，I代表ITO，折射率 1.95，OLED材料折射率 1.75，全區域平均反射率值 1.661%，二層抗反射膜優化設計為Glass|0.0505H 0.1010L| 0.12I|OLED，全區域平均反射 率值0.278%，三層抗反射膜優化設計為Glass| 0.0152L 0.0505H 0.1010L|0.12I |OLED，全 區域平均反射率相較於二層抗反射膜優化設計並無明顯改善，四層抗反射膜優化設計優 化Glass|0.0424H 0.1441L 0.0847H 0.0932L|0.12I|OLED，全區域平均反射率值 0.054%。

關鍵詞：OLED，抗反射膜，優化設計。

1. 前言

有機發光二極體(OLED)在 1997 年由 Pioneer 公司商品化，因為具有低消耗能 源與高對比特性，讓 OLED 儼然成下一世代 顯示系統的最佳後選員[1]。

近年來OLED 及其相關應用，已經被 廣泛密集的研究與發展，其中引人注目的 材料領域，更是屢有高層次技術的突破，

尤其是材料特性的改善。材料的有效性相 關於面板的使用期限與能源消耗的總量，

由此衍生的面板效能，區分為內部與外部 效能兩種，前者、後者分別受材料的特徵

與元件結構所影響。

國內的研究成果，例如義大電子所製

作雙層的抗反射膜CuPc/TiOPc，此雙層抗 反射膜，使元件有更佳的對比度，反射率 由基本元件的92%降低為53%，對比度提 高了42.8 %，發光頻譜沒有改變，波峰波 長為525nm。值得注意的，元件也不會因為 多加了雙層抗反射膜而使元件的光電特性 大幅下降，電流密度在80mA/cm² 時，電 壓為7.8V，亮度為2600cd/m²，效率為 3.3cd/A [2]。海大電機所使用介電質薄膜 (Nb2O5、SiO2)，以TFcalc模擬軟體設計兩 種材料交疊而成的最佳化之四層抗反射 膜，再運用此模擬設計之膜層數據來製鍍 出多層AR膜之最佳透光率，在可見光光譜 範 圍 ， 平 均 透 射 率 由9 1 . 2 % 改 善 為 95.2%[3]。

在國外的研究方面，例如紅光OLED

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元件K9/ITO/NPB (60nm)/DCJTB (0.3nm)/

Alq3 (60nm)/LiF(0.3nm)/Al，在ITO陽極與 玻 璃 基 板 之 間 設 計 抗 反 射 膜 系 統K 9 / TiO2/Al2O3/ITO，TiO2與Al2O3的光學厚度 皆為四分之一中心波長，結果在波長610 nm處的最大透射率為95%，比只有使用 I T O 當 做 抗 反 射 膜 設 計 高 出 8 % [ 4 ] 。

上式中θi為入射角，n為折射率，d為幾何 膜厚，λ為波長，R為反射率，只要優化函 數在波段範圍內的平均反射率最小，即得 最佳的抗反射膜設計，根據這樣的概念，

修改光學薄膜特徵矩陣程式就不難建立薄 膜自動設計程式[7,8]。以自動設計程式分 別測試單層及多層抗反射膜之前，假設所 有抗反射膜滿足下列各狀況：

本文使用自行研發的光學模擬軟體，

配合極小化搜尋演算法，已經在 LED 與 太陽能電池之抗反射膜優化設計中取得初 步的成果[5-6]；本研究將延續此方法，針 對 OLED 進行抗反射膜的優化設計。

(1) 入射角θi=0

(2) 光譜範圍380nm～780nm，並區分成 100個搜尋累計波段

(3) 設計參考波長λ0 =500nm

2. 模擬步驟 (4) 光學厚度nd為唯一的設計變數，其搜

尋範圍從0λ0到0.5λ0

底部出光型 OLED 的結構如圖 1 所 示，其中透明導電膜 ITO 當做陽極，OLED 上方為陰極，OLED 連同電極蒸鍍在玻璃 基板上；本文研究的抗反射膜則安排在玻

(5) 各膜層不考慮色散與吸收，折射率固 定，其中玻璃ns=1.5，ITO材料折射率 為1.95，光學厚度固定為0.12λ0，有機

層折射率為1.75，低折射率材料LiF，

璃基板與透明導電膜ITO 之間。 折射率為1.39，高折射率材料CeO2， 折射率為2.35

3. 結果與討論

圖 2 是以玻璃為基板，折射率1.5，入 射介質為OLED 材料，折射率 1.75，在玻 璃基板與透明導電膜ITO 之間安排一層抗 反射膜，所模擬的的優化設計為Glass

|0.0152L|0.12I|OLED，I 代表 ITO，全區域 光譜範圍平均反射率為1.661%；若是此單 層抗反射膜改為高折射率材料，則無更佳 的抗反射效果，顯示對玻璃基板而言，完 全符合薄膜光學所論述抗反射膜的基本理 論。

圖 1 底部出光型 OLED 的結構

抗反射膜主要目的在降低反射率，然 而在傳統的分析方法只能求得局部極值，

對實際的應用幫助不大，為了彌補這種缺 點，建立光學薄膜系統自動設計程式是必 需的。針對抗反射膜在幾乎某一光譜範圍 內要求低反射率，可以將優化函數簡單定 義為

F(θi，n，d，λ)=ΣR

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圖 2 一層抗反射膜優化設計，安排在玻 璃基板與透明導電膜 ITO 之間

圖 3 是以玻璃為基板，入射介質為 OLED 材料，在玻璃基板與透明導電膜 ITO 之間安排二層抗反射膜，所模擬的的 優化設計為Glass|0.0505H 0.1010L| 0.12I

|OLED，全區域光譜範圍平均反射率 0.277

%；若是將鍍膜改為 LH 型式，則無更佳 的抗反射效果，顯示對玻璃基板而言，完 全符合薄膜光學所論述抗反射膜的基本理 論。

圖 3 二層抗反射膜優化設計

圖 4 是以玻璃為基板，入射介質為 OLED 材料，在玻璃基板與透明導電膜

優化設計為Glass|0.0152L 0.0505H 0.1010L|0.12I|OLED，全區域光譜範圍平 均反射率略低於0.277%，整體抗反射效果 相較於二層抗反射膜設計，並沒有大幅度 的改善；若是將鍍膜改為HLH 型式，則 無更佳的抗反射效果，顯示對玻璃基板而 言，完全符合薄膜光學所論述抗反射膜的 基本理論。

圖 4 三層抗反射膜優化設計

圖 5 是以玻璃為基板，入射介質為 OLED 材料，在玻璃基板與透明導電膜 ITO 之間安排四層抗反射膜，所模擬的的 優化設計為Glass|0.0424H 0.1441L 0.0847 H 0.0932L|0.12I|OLED，全區域光譜範圍平 均反射率略低於0.054%，整體抗反射效果 相較於三層抗反射膜設計，有非常明顯改 善；若是將鍍膜改為LHLH 型式，則無更 佳的抗反射效果，顯示對玻璃基板而言，

完全符合薄膜光學所論述抗反射膜的基本 理論。

4. 結論

本論文以自行研發的光學薄膜模擬自由軟 體來模擬底部出光型OLED的抗反射膜優 化設計。此研究中使用LiF和CeO2兩種

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2.35，波長範圍 380nm到 780 nm，以傳統 尋找全區域平均反射率值最低的方式，將 膜厚從0 到 0.5 設計波長均分為 100 等份。

未來的延伸研究，將針對不同結構與 出光型態的OLED，在使用不同的演算法 條件下，進行不同層數的抗反射膜優化設 計。

參考文獻

[1] Ji-Yun Chun a , Jin-Woo Han a & Dae- Shik Seo, “Anti-Reflective Coating for Improved External Efficiency of Organic Light Emitting Diode”, Molecular Crystals and Liquid Crystals, 514:1, 109/[439]-114/[444]。

[2] 張誌凱，以雙層抗反射膜提高有機發 光二極體之對比度，義守大學電子工 程研究所，碩士論文(2006)。

[3] 何志傑，應用抗反射薄膜與微米結構 改善可撓式有機發光平面顯示元件之 效能分，臺灣海洋大學電機工程學系暨 研究所，國科會研究計畫成果報告 (2006)。

圖 5 四層抗反射膜優化設計

模擬結果顯示，玻璃與ITO 之間安排 抗反射膜，其一層的優化設計為 Glass | 0.0152L|0.12I|OLED，I 代表 ITO，折射率 1.95，OLED 材料折射率 1.75，全區域平 均反射率值1.661%，若是將此單層抗反射 膜改為高折射率材料，則無更佳的抗反射 效果。二層抗反射膜優化設計為Glass|

0.050 5H 0.1010L|0.12I|OLED，全區域平均 反射率值0.278%，若是將鍍膜改為 LH 型 式，則無更佳的抗反射效果。三層抗反射 膜優化設計為Glass| 0.0152L 0.0505H 0.1010L |0.12I|OLED，全區域平均反射率 相較於二層抗反射膜優化設計並無明顯改 善，若是將鍍膜改為HLH 型式，則無更 佳的抗反射效果。四層抗反射膜優化設計 優化Glass |0.0424H 0.1441L 0.0847H 0.0932L|0.12I | OLED，全區域平均反射率 值0.054%，若是將鍍膜改為 LHLH 型式，

則無更佳的抗反射效果。以上1~4 層的優 化抗反射膜設計，無法使用H 型，LH 型，

HLH 型，以及 LHLH 型的鍍膜安排，對玻 璃基板而言，此現象完全符合薄膜光學所 論述抗反射膜的基本理論。

[4] Chunling Liu*，Dongmei Wang，Lei Zhao，Wenlong Jiang，Zhengkun Qin，

Chunwu Wang，”Improvement of OLEDs Properties with Anti-reflection Coatings”，Proc.of SPIE Vol.78521F-1。

[5] 吳東穎，林家豪，陳義軒，陳建良，

徐富興，葉倍宏，”LED抗反射膜優化設 計” ，清雲科大光電研討會，頁37-40 (2011)。

[6] 陳建良，陳義軒，林家豪，吳東穎，

徐富興，葉倍宏，”太陽能電池之抗反 射膜優化設計” ，第18屆三軍官校基 礎學術研討會，頁67~ (2011)。

[7] 李正中，薄膜光學與鍍膜技術，台北：

藝軒圖書(1999)。

[8] 葉倍宏，薄膜光學-電腦輔助模擬與分 析，台南：台灣復文圖書(1992)。

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Optimal antireflection coating for OLED

Wen X. Zhong

Wei X. Ding

Chang Y. Huang

Yu R. Liu

Yong G. Lin

Mao Y. Huang

Pei H. Yeh

1 Department of Electronic Engineering, Kun Shan University, Tainan

2Department of Electro-Optical Engineering, Kun Shan University, Tainan

ABSTRACT

In this research, we demonstrated the potential of using self-developed optical thin film simulation free software to simulate the optimal antireflection coating design for light come out from the bottom of OLED are shown. Low and high refractive index materials, such asLiF and CeO2 are used in this study, for all the AR coating systems consider the wavelength range from 380nm to 780 nm and the film thickness varied between 0 and 0.5 design wavelength are divided into 100 items, which search for the goal to find out the lowest average reflectance value within the global spectrum region.

Simulation results show that the anti-reflection coating is arranged between the glass and ITO，one-layer optimization design is Glass |0.0152L |0.12I|OLED，I stand for ITO，its refractive index equal to 1.95，the material refractive index of OLED is 1.75，global region average reflectance value as 1.661% was obtained; two-layer optimization design is Glass| 0.0 505H 0.1010L| 0.12I|OLED，global region average reflectance value as 0.278% was obtained;

three-layer optimization design is Glass| 0.0152L 0.0505H 0.1010L|0.12I |OLED，which average reflectance value within global spectrum region has no significant improvement compared to the two-layer optimal antireflection coating design，four-layer optimization design is Glass|0.0424H 0.1441L 0.0847 H 0.0932L|0.12I|OLED，global region average reflectance value as 0.054% was obtained.

Keywords: OLED，antireflection coating，optimal design