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微透镜在OLED器件中的应用研究

2022-09-13

2022年夏天持续的高温干旱,使全国各地出现电力紧张,对工业生产,人民生活都造成了很大的影响。随着社会的不断前进发展,需要更多的电力、能源来支持,如何提升电力、能源的利用率,转化率是我们需要花大力气去研究的方向之一。

据统计,目前约20%的能源用于照明显示,因此提高照明显示的出光效率是科研人员重点研究的方向之一。透镜对显示器件出光效率的提升已被大量的研究证实,但透镜制备成本昂贵,尤其是像素尺寸的微透镜工艺上难制备,难组装,且成本高昂。而喷墨打印技术的特点使其在制备像素尺寸大小的微透镜上有较大优势,在微透镜制备方面具备精度高,可定制化,价格低廉等优点。

微透镜结构的曲面减小入射角,使一部分原本入射角度大于全反射临界角的光也能射出,降低玻璃-空气界面因全反射造成的出光损失。

喷墨打印可以用于制备微透镜,并且通过对微透镜结构的优化,可以将出光效率从21.7%提高到60%[1,2]。Lan Sachs教授带领的研发团队对微透镜的结构进行了优化,优化后的微透镜对器件出光效率大幅提升。其微透镜制作过程分为两步,首先利用喷墨打印工艺中的”咖啡环“效应打印出微透镜的”堤坝“,形成一个容器;之后在该”堤坝“内打印合适的衬底材料,例如NOA89胶水,并对其硅烷化处理,最终形成微透镜结构。

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图1. 喷墨打印和透镜固化的示意图

研究发现,出光效率的提升幅度与微透镜接触角(CA)的大小相关,文章中微透镜的最优接触角大小在60°~70°,此时出光效率提升60%。微透镜接触角的大小可以通过调整打印墨水的体积进行调节,因此针对不同的器件均可通过调节墨水体积来达到最优接触角[2]。

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图2. A.含有全反射(TR)的半球形透镜(CA 90°);B.红色三角形表示由于全反射而损失的出光:模拟最优接触角CA为56°,该CA下无全反射发生

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图3. 打印层数与CA的关系

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图4. 亮度和CA的关系

对喷墨打印技术应用的开发,拓宽了该技术的应用范围,使该技术不再局限于以往的发光器件内部膜层的制备过程中,在器件外部也可以得到利用,进一步提升器件的显示性能。这提示我们可以借助喷墨打印技术在微透镜制备上的案例,不断发散思考研究,拓展其他技术在显示领域的应用,推动显示产品性能的提升,提高能源的利用率,为社会发展做出贡献。

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