由于OLED各层材料的折射率差异，当光从器件内部发射到空气中时，器件内部会有部分光发生全反射而被困在器件内以热能的形式被吸收和损耗，大约只有20％的光能从器件中透出而被利用，因此提取出全反射光对于器件效率的提升显得至关重要。

光提取方法分为外光提取法和内光提取法。外光提取法在器件的外部进行，简单易行，可以和器件的制备过程分别进行，成本低而易于大规模生产，但只能将困在玻璃基底中的光提取出来，限制了提取效率。内光提取法在器件内部进行，对工艺和材料要求较高，可以将器件中损耗近80％的光提取出来。

外光提取法是指破坏OLED基底与空气界面的全反射，提升出光效率。Li等利用由高折射率基底和半球形透镜构成的光耦合输出结构（图6-20），增加了石墨烯基OLED的光耦合效率，并在实验上验证了外光提取法的可行性。所制备基于单层石墨烯的绿光OLED的电流效率大于250cd/A（在10000cd/m2的发光亮度下）；白光OLED的电流效率超过130cd/A（在1000cd/m2的发光亮度下），该效率已和无机发光二极管相当。

图6-20　由高折射率基底和半球形透镜构成的光耦合输出结构示意图

内光提取法指的是在器件内部通过一定的手段破坏光的全反射，提高出光效率。对于内光提取法，可通过调控石墨烯阳极的厚度和折射率提高光的耦合输出效率。

Kim等使用经典电磁模型从理论上分析了基于石墨烯阳极的绿色磷光OLED[图6-21（a）]的光耦合输出效率情况。由于石墨烯的低反射率，引起了微腔结构的弱干涉效应，导致基于石墨烯电极的OLED最大光耦合输出效率低于ITO基器件[图6-21（b）]。通过引入氧化铟锌（IZO）形成石墨烯/IZO复合结构，增强器件内部干扰效应，提升了器件的光耦合输出效率[图6-21（c）]。研究人员还模拟了发光器件中光提取层的作用[图6-21（d）]，系统考量电极和有机层中辐射模式、玻璃限制模式和波导模式，较之于ITO，石墨烯基OLED具有更高的光耦合输出比，该模拟结果表明光提取方法更适合应用于带有石墨烯阳极的发光器件。

图6-21　石墨烯对器件光耦合输出效率的影响

（a）光学建模中使用器件的结构示意图，X和Y分别表示石墨烯和有机层的厚度；（b）基于不同层数石墨烯和不同厚度ITO的OLED最大光耦合输出效率估算值；（c）基于石墨烯、ITO和石墨烯/IZO复合结构电极器件的光耦合输出效率与方块电阻关系的模拟结果，曲线上数字分别表示ITO或IZO的厚度（在括号内）和石墨烯层数（在正方形内）；（d）基于石墨烯和ITO的OLED光耦合输出比（由辐射、玻璃限制和波导模式三部分组成）模拟结果(www.daowen.com)

Lee等提出了另一种简单有效的高折射率TiO2/石墨烯/低折射率空穴注入层（GraHIL）电极结构，在光学设计中通过高折射率层和低折射率层之间的协同作用，使得微腔共振增强效应最大化且表面等离激元（Surface Plasmon Polaritons， SPP）损失降低。图6-22的光学模拟结果表明，GraHIL层能重新分配各种模式之间的相对功率，减小面内波矢量，从而降低耦合到SPP模式的功率，增强耦合输出部分。石墨烯下方的TiO2层则通过共振增强效应有效地抑制了耦合到波导模式和基底限制模式的功率。同时，由于TiO2层的裂纹偏转增韧机制，使其具有良好的抗弯曲应变性。

图6-22　高折射率TiO2层和低折射率空穴注入层的协同光学效应

（a，b）用任意单位的发射光谱与面内波矢量加权计算的功率耗散谱，黑色虚线表示划分代表性光学模式（外耦合模式、基底限制模式、波导模式及渐消模式）的边界线；（c）对于研究中的各种电极结构，模拟计算得出的功率耗散与λ=550nm时归一化面内波矢量的关系

实验上制备了与理论设计一致的绿光OLED，对比分析不同阳极结构对光提取效率的影响（图6-23）。结果表明，基于TiO2/石墨烯/GraHIL的OLED性能优于基于石墨烯/GraHIL和ITO/GraHIL，与模拟结果一致，验证了TiO2的共振增强效应。基于TiO2/石墨烯/ GraHIL发光器件的最大EQE、功率效率、电流效率分别高达40.8％、160.3lm/W和168.4 cd/A。在此基础上，采用光学耦合至基底背面的半球形透镜，基于TiO2/石墨烯/GraHIL器件的最大EQE、功率效率和电流效率分别提升至64.7％、250.4lm/W和257.0cd/A。该研究在实现高发光效率的同时，还具有良好的弯曲性能。

图6-23　基于石墨烯OLED的器件性能

（a）EQE-发光亮度特性曲线；（b）功率效率-发光亮度特性曲线；（c）电流效率-发光亮度特性曲线；（d）电流密度-电压-发光亮度特性曲线
注：图（a～c）中所有器件都包含作为低折射率空穴注入层的GraHIL，并置于玻璃基底；（L）、（M）分别对应于附加半球形透镜和多结结构。