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有机电致发光二极管由于具备高亮度、自主发光、色彩丰富等特点被认为是下一代最有前途的显示和照明技术的候选者。尽管OLED显示已经开始了商业化进程,但是如何获得高效率的器件性能仍然是OLED领域研究的热点话题。OLED器件的外量子效率由内量子效率和耦合出光效率的乘积决定,其中器件的内量子效率又与发光材料的量子效率有关。传统的平板OLED器件的耦合出光效率仍然限制在20%左右。大约有30%的激子能量由于玻璃/基底界面的全反射作用会束缚在基底,另外约50%的激子能量会耗散到ITO和有机层的波导模式以及金属阴极界面的表面等离激元(SP)模式。因此,我们使用两条途径来提高整个器件的效率。
第一个途径是利用纳米结构金属膜来提高发光材料的量子效率。我们在纳米多孔的阳极氧化铝模板(AAO)上真空沉积不同厚度的金属银,得到了不同形貌的纳米结构银膜。发现这种结构的银膜可以增强Alq3的荧光,同时PL的光谱形状和光强几乎不依赖于观测角的变化。表面增强的拉曼效应和缩短的寿命谱意味着由纳米结构银膜支持的SP共振引起的局域场增强的存在。我们建立了与场增强相关的模型来分析吸收增强和量子效率增强对PL增强的贡献。我们发现,与平整的银膜相比较,纳米结构的银膜能够提高Alq3的荧光量子效率,最大可以增强约2.3倍。
第二个途径是利用有机小分子的纳米结构膜来提高耦合出光效率。首先,我们在OLED器件:ITO/TPD/Alq3/Ag/DCM:Alq3中实现了SP的能量传递,从而证明了薄银膜的两个界面处的SP模式可以相互耦合。Alq3激子的能量耗散到器件的薄银阴极界面处可以相互耦合的SP模式,这些SP模式的能量又激发DCM发光,从而通过SP作为中介,完成了从Alq3到DCM的能量转移。SP模式的能量也可以被纳米结构散射为自由光子。我们用一种简单的方法得到了bathocuproine(BCP)纳米结构膜,并将其引入到electroluminescence(EL)器件中散射SP模式来提高顶发射出光。我们表征了BCP纳米结构膜的AFM表面形貌,并且研究了样品的PL谱和寿命谱证实了激基缔合物的存在,推理了BCP形成纳米结构膜的机制。而且通过研究样品的PL增强因子以及超快时问分辨荧光谱确立了这种纳米结构支持的表面等离激元共振波段。最后,当EL器件的施加电压在4—9v时,这种BCP纳米结构膜被证明可以相应的提高器件顶发射2.7—2.1倍,远大于无定形的BCP膜提高器件顶发射的数值1.5—1.3倍。BCP纳米结构膜可以更有效的耦合出光,是因为表面等离激元只会被单界面(BCP/空气)存在的纳米结构散射,从而避免了相位相消的负效应。此外,这种纳米结构的引入对EL器件的电学性能带来破坏,而且还可以保持器件的原始EL光谱不发生改变。
综上所述,我们利用合适的纳米结构膜分别提高了发光材料的量子效率和EL器件的耦合出光效率。这些纳米结构膜有潜力应用在OLED领域中。