基于金属纳米颗粒的光学调控在有机光电器件中的应用

摘要

有机电致发光器件(OLED)具有体积小、重量轻、能耗低、寿命长、分辨率高、色彩全、响应快等优点,已经成为21世纪光电信息技术领域中备受瞩目的前沿课题之一,发展潜力巨大,已经得到了广泛而又深入的研究。为此,我们瞄准国际发展前沿,充分利用已有的工作积累,围绕表面等离子激元的强局域特性、金属颗粒的光散射特性和磁性粒子的自旋特性使得器件的电光转换效率和出光效率大幅提升。
　　本研究主要内容包括：⑴在现阶段,大部分表面等离子激元(SPP)增强发光研究中都是针对光致发光的增强。但在电致发光条件下研究金属纳米结构层的SPP光局域增强效应以及磁性自旋耦合时荧光增强机理将对器件研究有更大的意义。我们结合金属功函数以及贵金属特性,又因为金属合金材料比单纯金属更具灵活性,所以化学合成了新型铂钴合金纳米材料。⑵合成的铂钴合金材料引入OLED器件,退火前后的电流效率分别为19.2 cd/A和29.3 cd/A,这可能是由表面等离子激元与光散射共同作用的结果。在器件中,我们采用时间分辨等光谱方法,测试分析合金纳米颗粒结构对发光过程的影响,研究寿命、角度等其他性能,并统筹协调驱动、淬灭等各方面的影响,得出最优方案。⑶因为实际制备的薄膜光学、电学特性会因制备工艺而有所变化,我们对此做了大量的表征以及结构优化工作。我们发现随着合金纳米颗粒的后退火,实现了颗粒的再生长过程,也使得器件内部光散射进一步增强,OLED外量子效率再一次提高。同时,结合阻抗测量和紫外光电子能谱(UPS)能谱,分析界面耦合机制与光增强二次提高的原因。
　　本研究创新之处在于：⑴探索高质量的纳米材料制备工艺,引入新颖的铂钴合金纳米材料,颗粒均一稳定,在透射电镜中,晶格条纹清晰可见;⑵通过结构优化,实现SPP由发光损耗机制到发光增强机制的转变,变“夕阳”为“朝阳”,制备高亮度、高效率的绿色荧光OLED器件;⑶利用电子的自旋耦合注入,研究光电器件中的磁学效应,甚至可以超过电学内量子效率25％的极限;⑷采用电磁理论数值分析方法,如有限时域差分(FDTD),进行分析与拟合,建立完善的物理模型,深入研究 SPP耦合转换过程的数值模拟,与实验结果相辅相成,相得益彰,让玫瑰花和紫罗兰绽放各自的美。

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第一章 绪 论

1.1显示技术概述

1.2有机电致发光器件的基本介绍

1.3有机电致发光器件的基本原理

1.4 有机电致发光器件现存的问题

1.5本论文的主要工作和研究意义

第二章：实验表征及实验技术

2.1 纳米粒子形貌表征

2.2 OLED相关实验技术

2.3 表面等离子共振技术

2.3 本章小结

第三章： 新型纳米合金颗粒的合成

3.1 引言

3.2 Pt3Co颗粒的制备过程

3.3 Pt3Co颗粒的形貌分析

3.4退火前后的变化

3.5 本章小结

第四章 利用散射层增强出光率

4.1 散射增强的光学理论

4.2 器件的制备技术

4.3 器件的性能分析

4.4 器件的机理研究

4.5 激子寿命

4.6本章小结

第五章：理论建模与仿真计算

5.1 有限时域差分的模拟算法

5.2 多物理场耦合Comsol Multiphysics 软件

5.3 光学分析Light Tools 软件

5.4 本章小结

第六章：利用微透镜增强出光率

6.1 微透镜原理

6.2 微透镜阵列

6.3物理建模

6.4本章小结

第七章 全文总结与前景展望

7.1全文总结

7.2 前景展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论文

致谢