有机电致发光二极管的光耦合输出效率研究

发布时间：2020-10-13 13:28

　　 有机电致发光二极管(OLEDs)已经逐渐走入人们的生活,如最近的苹果手机iphone X采用的OLEDs显示屏,目前OLEDs器件的内量子效率已经接近100%,但是OLEDs器件的光只有20%能够出射,因此,光耦合输出成为了研究热点,传统OLEDs器件采用氧化铟锡(ITO)作为透明阳极,因ITO折射率较高,大入射角的光从ITO入射到玻璃基底时产生全反射,导致有将近50%的光被限制在金属阴极及ITO之间,另有将近30%的光因全反射被限制在玻璃基底中。导致耦合输出效率较低的关键因素是低折射率的玻璃基底及高折射率的ITO阳极,为了解决这一问题,将光从OLEDs器件内部释放出来,本文采用仿真与实验相结合,通过仿真寻找提升耦合输出效率的新型器件结构并优化参数,实验上制备出相应OLEDs器件对仿真得到的器件结果加以验证,采用银薄膜及银纳米线(AgNW)薄膜替代ITO制备了OLEDs器件。本文的出发点和研究内容如下:(1)传统采用实验制备OLEDs器件来优化高效率器件参数耗时、耗财、耗力,导致新型器件结构研发效率低下。本文采用FDTD Solutions软件设计新型OLEDs器件结构并进行光学仿真,仿真计算银薄膜透明阳极OLEDs器件的基底折射率、银薄膜厚度及发光位置如何影响器件中各模式光的占比,为高效率的银薄膜OLEDs器件制备提供了理论指导。通过在实验上制备银薄膜阳极的OLEDs器件,实验验证仿真,发现通过仿真可以较为准确反映实际器件性能随器件结构参数而变化的规律。银薄膜厚度为20nm,电压为8V左右时获得最高电流效率为5.3cd/A,最高亮度达到57596cd/m2。另外,设计仿真了顶发射OLEDs新型器件结构,研究了不同出光面覆盖层结构对器件耦合输出效率的影响。(2)针对纯Ag NW薄膜稳定性差导致制备的OLEDs器件出现闪灭而无法工作的问题,本文提出一种采用金属氧化物溶胶-凝胶处理纯Ag NW薄膜的方法,获得了高热稳定性、高基底粘附性的复合Ag NW透明导电薄膜,对其基底粘附性强的内在机理进行了分析研究,揭示了其内在机理。(3)针对ITO折射率高将大量光限制在OLEDs器件中这一问题,本文提出采用Ag NW薄膜替代ITO作为阳极,并在玻璃及柔性PET基底上制备出能够稳定工作的OLEDs器件。PET基底相对玻璃基底在电流效率上提高了32%,玻璃基底器件电流效率最高达到4.3cd/A。
【学位单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN383.1
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 有机发光二极管的研究进展
        1.2.1 有机发光二极管的发展现状
        1.2.2 OLEDs的基本工作原理
    1.3 OLEDs光学耦合输出效率研究进展
        1.3.1 OLEDs光学耦合输出效率
    1.4 提高OLEDs光学耦合输出效率的方法
        1.4.1 玻璃基底模式的光学提取
        1.4.2 ITO/Org模式的光学提取
        1.4.3 SPPs模式的光学提取
    1.5 有限时域差分法的OLEDs光学仿真
        1.5.1 有限时域差分算法
        1.5.2 FDTD Solutions软件简介
    1.6 采用银纳米线薄膜替代ITO来提高光学耦合输出效率
        1.6.1 银纳米线透明导电薄膜研究进展
        1.6.2 银纳米线的制备方法
        1.6.3 银纳米线透明导电薄膜的制备方法
        1.6.4 银纳米线透明导电薄膜存在的问题
    1.7 本论文主要工作与研究内容
第二章 有机电致发光二极管的光学耦合输出效率仿真与实验
    2.1 引言
    2.2 底发射OLEDs的光学耦合输出效率FDTD Solutions仿真
        2.2.1 银薄膜透明电极的耦合输出效率仿真与优化
        2.2.2 银栅格电极的耦合输出效率仿真与优化
        2.2.3 高/低折射率基底OLEDs的耦合输出效率仿真优化
    2.3 顶发射OLEDs的光学耦合输出效率FDTD Solutions仿真
        2.3.1 顶发射覆盖层出光面为光栅时对出光率的影响
        2.3.2 顶发射覆盖层出光面为周期波浪状时对出光率的影响
        2.3.3 周期波浪状电极对反向OLEDs耦合输出效率的影响
    2.4 银薄膜阳极底发射OLEDs器件的制备
        2.4.1 实验材料与试剂
        2.4.2 实验仪器
        2.4.3 实验步骤
        2.4.4 性能表征与测试
        2.4.5 结果与讨论
    2.5 本章小结
第三章 银纳米线透明导电复合薄膜的制备及性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验材料与试剂
        3.2.2 实验仪器
        3.2.3 实验步骤
        3.2.4 性能表征及测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 银纳米线透明导电薄膜透光率及方阻
        3.3.2 银纳米线透明导电薄膜粘附性能测试结果
        3.3.3 银纳米线透明导电薄膜热稳定性能测试结果
        3.3.4 银纳米线粘附机理
    3.4 本章小结
第四章 银纳米线透明导电薄膜制备有机发光二极管
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验材料与试剂
        4.2.2 实验仪器
        4.2.3 实验步骤
        4.2.4 性能表征与测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 银纳米线旋涂层数对器件效率的影响
        4.3.2 氧化锌溶胶-凝胶旋涂层数对器件效率的影响
        4.3.3 氧化锌旋涂转速对器件效率的影响
        4.3.4 PET柔性基板OLEDs器件的效率
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 本论文的创新点
    5.3 存在的问题及下一步研究方向
参考文献
攻读硕士学位期间取得的科研成果
致谢

【参考文献】

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本文编号：2839229