图案化PEDOT:PSS制备及其在量子点发光二极管中的应用

发布时间：2017-06-19 12:14

  本文关键词：图案化PEDOT:PSS制备及其在量子点发光二极管中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：相比有机发光器件,量子点发光二极管(QLED)在色彩显示方面具有亮度高、色度纯、寿命长等优异性能,在制备流程方面具有工艺简单、成本低廉、操作稳定性佳等优异表现,继LCD电视取代CRT电视以后,QLED是最有望取代LCD开启显示领域产业革命的高科技产品之一。由于严重的内部全反射致使QLED效率低下,这是目前限制QLED实现商业化的一个主要因素。众多研究表明,当合适周期的微纳阵列结构加入到这种“三明治”结构的光电器件中以后,如蛾眼结构、光子晶体、微透镜阵列和各种一维、二维微纳图案等,其光取出效率均有了大幅度提升。目前的微纳结构加工手段有传统光刻技术、电子束直写技术、聚焦离子束刻蚀技术和纳米压印技术等,光刻技术存在极限分辨率,电子束直写技术则产能过低,而纳米压印可实现大面积、低成本和高产量的微纳结构制备,对QLED性能提升而言是一种合适的选择。PEDOT:PSS水溶液旋涂成膜电导率高,可见光区透光率高,是QLED中常用的空穴传输层材料,其大气环境下可稳定存在,相较其它层而言便于微纳加工,故此我们选择了PEDOT:PSS作为图案化膜层。由于PEDOT:PSS本身特性并不复合传统纳米压印技术要求,本文以纳米压印为基础,同时结合反应离子束刻蚀和丙三醇修饰分别提出了两种PEDOT:PSS图案化技术,并将图案化的PEDOT:PSS阵列结构应用到QLED器件,用以探究结构的引入对器件光电特性的影响。同时,为解决纳米压印中模板昂贵的问题,我们利用二次压印理念通过单一模板制备多种结构,并通过模板转移获取多结构PDMS模板用于PEDOT:PSS压印试验。实验的具体工作分为以下三个方面:一、利用单一模板制备多结构PMMA图案:为使用单一光栅模板获得尽可能多样式的图案,我们首先进了二次模板压印,即通过标准热压印技术获得一维PMMA光栅结构,而后剥离并将模板旋转一定角度进行二次压印,通过工艺温度和压力以及模板旋转角度的调控获得形貌规则的二维菱形结构。另外在一次压印后,我们利用平面硅片对样品进行二次平板压印,控制压印时间为单一变量,则光栅结构的线条宽度随压印时间的延长而逐渐变宽。实验证明,二次平板压印过程中如果模板与样品贴合不紧密,则PMMA条带结构会出现畸变,且畸变量与温度具有正相关性。二、利用纳米压印结合反应离子束刻蚀制备PEDOT:PSS微纳结构及其QLED应用:利用纳米压印技术实现PEDOT:PSS图案化制备,结合反应离子束刻蚀实现结构高度的精确控制。将PEDOT:PSS图案化结构引入到绿光器件,实验结果显示,结构的引入并不会改变器件的电致光谱峰位,且绿色QLED器件最大亮度由12760 cd/m2提升至16030cd/m2,提升25%,最大电流效率由4.19 cd/A提升至6.74 cd/A,提升60%。红色QLED器件最大亮度由12610 cd/m2提升到了17810 cd/m2,其最大电源效率由原来的1.38 cd/A增加到现在的3.82 cd/A。模拟计算结果符合实验结论。三、PEDOT:PSS/丙三醇的图案化构筑及其QLED应用:针对PEDOT:PSS不具备玻璃化温度和粘度过大问题,我们使用丙三醇作为增塑剂添加到PEDOT:PSS水溶液中,使其旋涂成膜后具有一定的可塑性,这种性质促使PEDOT:PSS/丙三醇混合薄膜能够利用低温压印实现图案化。随后我们详细讨论了丙三醇掺杂量、压印工艺压力以及后期退火处理对PEDOT:PSS结构的影响。将750 nm周期的G-PEDOT:PSS图案化光栅结构引入到绿光QLED器件,结果显示其最大亮度为68400 cd/m2,最大电流效率为15.72 cd/A,与标准器件的最大亮度64000 cd/m2,最大电流效率15.78 cd/A基本保持一致。
【关键词】：QLED 纳米压印 PEDOT:PSS 分子链再定位 丙三醇
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN312.8
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-34
• 1.1 引言10
• 1.2 QLED发光器件基础知识10-17
• 1.2.1 QLED发展历程11-12
• 1.2.2 QLED性能参数12-14
• 1.2.3 QLED出光增强14-17
• 1.3 微纳结构制造17-21
• 1.3.1 光刻技术17-18
• 1.3.2 直写技术18-19
• 1.3.3 纳米压印19-21
• 1.4 PEDOT:PSS薄膜21-26
• 1.4.1 PEDOT:PSS基础知识21-22
• 1.4.2 PEDOT:PSS薄膜改性22-23
• 1.4.3 PEDOT:PSS图案化制备23-26
• 1.5 目前存在的问题及主要研究内容26-28
• 1.5.1 目前存在的主要问题26-27
• 1.5.2 主要思路和主要研究内容27-28
• 参考文献28-34
• 第二章 利用纳米压印构筑多结构微纳图案34-46
• 2.1 引言34-35
• 2.2 实验部分35-37
• 2.2.1 试剂和仪器35
• 2.2.2 实验过程35-37
• 2.3 结果和讨论37-43
• 2.3.1 DVD模板及一次压印结果表征38
• 2.3.2 温度对二次模板压印的影响38-40
• 2.3.3 压力对二次模板压印的影响40-41
• 2.3.4 二次平板压印41-43
• 2.4 本章小结43-44
• 参考文献44-46
• 第三章 利用纳米压印结合反应离子束刻蚀制备PEDOT:PSS微纳结构及其QLED应用46-60
• 3.1 引言46-47
• 3.2 实验部分47-50
• 3.2.1 试剂和仪器47
• 3.2.2 实验过程47-50
• 3.3 结果与讨论50-56
• 3.4 本章小结56-57
• 参考文献57-60
• 第四章 PEDOT:PSS/丙三醇的图案化构筑及其QLED应用60-73
• 4.1 引言60-61
• 4.2 实验部分61-63
• 4.2.1 试剂和仪器61
• 4.2.2 实验过程61-63
• 4.3 结果与讨论63-70
• 4.3.1 丙三醇含量的影响63-64
• 4.3.2 压力对压印质量的影响64-66
• 4.3.3 退火对G-PEDOT:PSS形貌的影响66-68
• 4.3.4 图案化G-PEDOT:PSS对QLED器件性能的影响68-70
• 4.4 本章小结70-71
• 参考文献71-73
• 攻读学位期间发表的学术论文目录73-74
• 致谢74-75

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本文编号：462483