论文部分内容阅读
近年来，虽然有机电致发光器件(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，器件产生的光大部分以波导模、表面等离子体(SPP)模和基底模等模式局限在器件中，只有大约20%的光出射出器件，因此近年来有很多关于OLED的研究主要集中在如何提高光的抽取效率。目前主要是运用光刻技术和纳米压印技术制作周期性亚波长结构来提高器件的出光率，但是这种方法的成本较高且制作工艺较为复杂；另外，想要利用周期性的结构提高器件的出光率，必须满足布拉格条件，因此对出射光的出射角度和波长都会有一定的要求。针对上述问题，本论文主要提出一种成本低廉、制作工艺简单的方法来制作一种具有二维随机分布的、形状不规则的亚波长凹凸结构来提高器件的出光率。本论文主要研究内容包括：（1）PEDOT:PSS亚波长凹凸薄膜的制作工艺研究。首先将具有良好空穴传输性能的PEDOT:PSS水溶液和聚苯乙烯微球(PS)悬浮液按照体积比为36:1混合均匀，并均匀旋涂在ITO玻璃上，然后用四氢呋喃将PS微球溶解掉，这样在ITO玻璃上便形成了亚波长尺度的PEDOT:PSS凹凸结构。利用台阶仪、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)对这种凹凸表面的形貌进行了表征。结果表明，PEDOT:PSS凹凸结构的凹坑深度大约在30-60nm,当在PEDOT:PSS凹凸的表面继续蒸镀30nm的NPB和40nm的Alq3以后，凹坑深度变为10-40nm左右。（2）亚波长凹凸薄膜ITO/PEDOT:PSS和ITO/PEDOT:PSS/Alq3的光学性能研究。测试了ITO/PEDOT:PSS和ITO/PEDOT:PSS/Alq3凹凸薄膜的反射、透射和吸收光谱，并与对应的平直结构薄膜的光学性能进行了对比。结果表明，与相应的平直结构薄膜相比， ITO/PEDOT:PSS和ITO/PEDOT:PSS/Alq3凹凸薄膜的反射和透射率降低，而其吸收效率增强。通过对凹凸薄膜的吸收和光致发光光谱的详细分析，得出运用这种亚波长凹凸的PEDOT:PSS结构来提高器件出光率的原因很可能是这种结构可以将局限在器件中的波导模式、SPP模式提取出来。（3）亚波长凹凸的PEDOT:PSS薄膜对NPB/Alq3有机电致发光器件性能的优化研究。首先对平直结构器件ITO/PEDOT:PSS/NPB/Alq3/LiF/Al进行优化，主要是通过调节PEDOT:PSS的转速来控制PEDOT:PSS的厚度，实验发现，对于平直PEDOT:PSS结构,当旋涂转速为4000rpm，旋涂时间为60s时器件达到最好效果。在优化凹凸结构器件时，主要优化两方面：PEDOT:PSS的旋涂转速和PS微球的浓度。我们选取了粒径为200nm、300nm和500nm的PS微球进行优化，得到的结果是：当PS微球的粒径为200nm时，PEDOT:PSS的转速为3000rpm，PS微球浓度为1.5%为最优条件；当PS微球的粒径为300nm时，PEDOT:PSS的转速为3000rpm，PS微球浓度为3%为最优条件；当PS微球的粒径为500nm时，PEDOT:PSS的转速为3000rpm，PS微球浓度为2%为最优条件；通过对这三个最优性能的器件进行对比，得出PS微球粒径为200nm是制作基于PEDOT:PSS凹凸结构有机电致发光器件最理想的选择。实验结果表明，凹凸PEDOT:PSS的引入，不仅使得器件的驱动电压比对应的平直器件低，而且使器件的电流效率和功率效率都得到提高，基于200nm PS微球制作的凹凸结构器件的最大电流效率为3.34cd/A,功率效率为2.16lm/W，分别比对应的平直器件提高了18%和67.9%。其中效率提高的原因有两方面：1. PEDOT:PSS作为空穴注入层，降低了空穴的注入势垒，提高了空穴的传输能力，从而降低了器件的驱动电压；2.凹凸结构的引入将局限在器件中的光学模式提取出来。