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有机电致发光由于低功耗,高对比度,时间响应快等特点,有望应用于平板显示和照明而引起人们的极大兴趣。到目前为止,传统有机电致发光器件的出光效率(在器件内部产生的光有多少可以透射出器件)仅为20%左右,有80%左右的光能以各种波导模式被束缚在器件内部而没有得到有效的利用,造成了光能的浪费。
本文首先对有机电致发光的物理过程和相关研究背景做了简单总结,然后从提高器件的出光效率入手,从理论和实验两个方面寻找提高器件出光效率的方法。
在理论上我们提出了一种利用发光激子和表面等离激元之间的共振转化来提高器件出光效率的方法。当阴极和阳极均为金属电极时,通过使阴极和阳极的表面等离激元色散分枝相“反交叉”(anticrossing)耦合,可以使耦合区附近的表面等离激元模式的场和态密度均达到很大的值。因此发光激子将共振转化为耦合区附近的表面等离激元波,然后利用器件制作过程中引入的微钠米结构(如栅或者蒸镀的金属膜内在的次微米级的粗糙度),将表面等离激元的能量释放出来。当在阴极之上附加具有大折射率的帽层时,共振转化的频率可以调到红光波段,因此这种方法可以实现在红绿蓝全色波段内的工作。由于激子的能量是通过表面等离激元这条超快的通道而被直接耦合出器件,因此这种器件的出光效率在理论上可达100%。
我们在以TPD和AlQ为空穴传输层和电子传输层兼发光层的器件中做了表面等离激元能量传递的实验。主要思想是想把器件中的表面等离激元的能量(传统器件中这部分能量通过热能而损耗)引出来,从而提高器件的能量利用效率和验证OLED中SPP作为中介的能量传递的存在。为了达到此目的,我们在阴极银外面蒸镀了发红光的DCM小分子(为防止DCM的悴灭,采用和ALQ混蒸的方法),由于银两个表面的表面等离激元模式的耦合,使DCM发光分子位于表面等离激元的场之内,从而可以把表面等离激元的能量转化为DCM的光能,实验上观测到了一些有意思的结果。
最后为了把阳极氧化铝模板(AAO)引入OLED器件中,利用AAO本身的非周期结构提高器件的出光效率,我们首先研究了这种基底对传统的有机电致发光分子ALQ荧光的影响。即在AAO模板上蒸镀一定厚度的银膜,然后蒸镀ALQ,发现这种具有AAO和银复合体系的纳米结构对ALQ光致发光(PL)具有明显的增强作用。通过拉曼光谱和荧光寿命的测量,我们认为PL谱的增强主要是由于纳米结构银膜的存在,引起定域等离子激元共振,从而使ALQ的荧光量子效率提高所致,量子效率最大提高了2.3倍。