具有亞波長隨機凹凸結(jié)構(gòu)的NPB-Alq3有機電致發(fā)光器件的光電性能研究.pdf

1、近年來，雖然有機電致發(fā)光器件(organic light-emitting diode:OLED)的效率有了很大的突破，但是其出光率仍然很低，器件產(chǎn)生的光大部分以波導(dǎo)模、表面等離子體(SPP)模和基底模等模式局限在器件中，只有大約20％的光出射出器件，因此近年來有很多關(guān)于OLED的研究主要集中在如何提高光的抽取效率。目前主要是運用光刻技術(shù)和納米壓印技術(shù)制作周期性亞波長結(jié)構(gòu)來提高器件的出光率，但是這種方法的成本較高且制作工藝較為復(fù)雜;另外

2、，想要利用周期性的結(jié)構(gòu)提高器件的出光率，必須滿足布拉格條件，因此對出射光的出射角度和波長都會有一定的要求。針對上述問題，本論文主要提出一種成本低廉、制作工藝簡單的方法來制作一種具有二維隨機分布的、形狀不規(guī)則的亞波長凹凸結(jié)構(gòu)來提高器件的出光率。本論文主要研究內(nèi)容包括:
　　(1) PEDOT∶PSS亞波長凹凸薄膜的制作工藝研究。首先將具有良好空穴傳輸性能的PEDOT∶PSS水溶液和聚苯乙烯微球(PS)懸浮液按照體積比為36∶1混合均

3、勻，并均勻旋涂在ITO玻璃上，然后用四氫呋喃將PS微球溶解掉，這樣在ITO玻璃上便形成了亞波長尺度的PEDOT∶PSS凹凸結(jié)構(gòu)。利用臺階儀、原子力顯微鏡(AFM)、掃描電鏡(SEM)對這種凹凸表面的形貌進行了表征。結(jié)果表明，PEDOT∶PSS凹凸結(jié)構(gòu)的凹坑深度大約在30-60 nm，當(dāng)在PEDOT∶PSS凹凸的表面繼續(xù)蒸鍍30nm的NPB和40nm的Alq3以后，凹坑深度變?yōu)?0-40 nm左右。
　　(2)亞波長凹凸薄膜ITO/

4、PEDOT∶PSS和ITO/PEDOT∶PSS/Alq3的光學(xué)性能研究。測試了ITO/PEDOT∶PSS和ITO/PEDOT∶PSS/Alq3凹凸薄膜的反射、透射和吸收光譜，并與對應(yīng)的平直結(jié)構(gòu)薄膜的光學(xué)性能進行了對比。結(jié)果表明，與相應(yīng)的平直結(jié)構(gòu)薄膜相比，ITO/PEDOT∶PSS和ITO/PEDOT∶PSS/Alq3凹凸薄膜的反射和透射率降低，而其吸收效率增強。通過對凹凸薄膜的吸收和光致發(fā)光光譜的詳細分析，得出運用這種亞波長凹凸的PED

5、OT∶PSS結(jié)構(gòu)來提高器件出光率的原因很可能是這種結(jié)構(gòu)可以將局限在器件中的波導(dǎo)模式、SPP模式提取出來。
　　(3)亞波長凹凸的PEDOT∶PSS薄膜對NPB/Alq3有機電致發(fā)光器件性能的優(yōu)化研究。首先對平直結(jié)構(gòu)器件ITO/PEDOT∶PSS/NPB/Alq3/LiF/Al進行優(yōu)化，主要是通過調(diào)節(jié)PEDOT∶PSS的轉(zhuǎn)速來控制PEDOT∶PSS的厚度，實驗發(fā)現(xiàn)，對于平直PEDOT∶PSS結(jié)構(gòu)，當(dāng)旋涂轉(zhuǎn)速為4000 rpm，旋涂時

6、間為60s時器件達到最好效果。在優(yōu)化凹凸結(jié)構(gòu)器件時，主要優(yōu)化兩方面:PEDOT∶PSS的旋涂轉(zhuǎn)速和PS微球的濃度。我們選取了粒徑為200 nm、300nm和500 nm的PS微球進行優(yōu)化，得到的結(jié)果是:當(dāng)PS微球的粒徑為200nm時，PEDOT∶PSS的轉(zhuǎn)速為3000 rpm, PS微球濃度為1.5％為最優(yōu)條件;當(dāng)PS微球的粒徑為300 nm時，PEDOT∶PSS的轉(zhuǎn)速為3000 rpm，PS微球濃度為3％為最優(yōu)條件;當(dāng)PS微球的粒徑為

7、500 nm時，PEDOT∶PSS的轉(zhuǎn)速為3000rpm，PS微球濃度為2％為最優(yōu)條件;通過對這三個最優(yōu)性能的器件進行對比，得出PS微球粒徑為200 nm是制作基于PEDOT∶PSS凹凸結(jié)構(gòu)有機電致發(fā)光器件最理想的選擇。
　　實驗結(jié)果表明，凹凸PEDOT∶PSS的引入，不僅使得器件的驅(qū)動電壓比對應(yīng)的平直器件低，而且使器件的電流效率和功率效率都得到提高，基于200 nm PS微球制作的凹凸結(jié)構(gòu)器件的最大電流效率為3.34 cd/A，