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聚合物电致发光器件电荷注入层界面的研究

作　者: 吴莎
导　师: 王坚
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 聚合物发光二极管 PEDOT:PSS 空穴注入层电子注入层溶液加工
分类号: TN383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

聚合物电致发光器件(PLED)越来越引起学术及工业界的广泛关注,因为它不但具有主动发光、亮度高、响应速度快、对比度高、宽视角、低成本、能采用溶液加工等诸多优点,而且可以制作在柔性基板上。PLED普遍的有双层结构,由氧化铟锡(ITO)、空穴注入层(HIL)、发光层(EL)和低功函数的阴极组成。到目前为止,poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS)几乎是最被广泛采用的HIL。有PEDOT:PSS作为HIL的器件相比没有HIL的器件,PLED性能能够得到很大的提高,例如效率、亮度、寿命等等。H. C. Starck公司提供了两种用于PLED应用的PEDOT:PSS:4083和8000。这两种PEDOT:PSS在20℃下的PH都在1-3之间,这种特性使得ITO与PEDOT:PSS之间界面是不稳定的。这是因为In2O3在酸性的溶液里面溶解性较高。具体表现在PEDOT:PSS溶液在旋涂过程中能够腐蚀ITO,这样ITO中的铟离子能够迁移到PEDOT:PSS层中。铟如果出现在PEDOT:PSS中,将会改变PLED的电学特性,尤其是电荷注入,这也是器件性能衰退的一个重要原因。而且,如果铟扩散到EL层,它作为一个激子淬灭中心将极大的减小器件的流明效率。H. C. Starck公司开发了一种在20℃下PH值为5-8的PEDOT:PSS: CleviosTM P Jet N (Jet N),用于导电图案的打印,尤其适合使用在喷墨打印工艺中。我们首先通过将Jet N旋涂在ITO上隔绝ITO与常规的酸性PEDOT:PSS用来提高器件的性能。中性的PEDOT:PSS阻止了In的渗透,酸性的PEDOT:PSS保持了优秀的电荷注入特性,双层PEDOT:PSS HIL一起发挥作用不但阻止了In的扩散而且维持了PLED优良的性能。在此双层的PEDOT:PSS作为HIL应用在PLED器件取得很好的效果之后,我们又研究了单层的中性的PEDOT:PSS Jet N作为HIL用于PLED中。因为Jet N作为空穴注入层制备出的器件的性能很差,我们采用对Jet N层进行了UV和plasma修饰。相比没有经过任何界面修饰的器件,经过界面修饰的器件性能提高了10倍,器件性能甚至好于常规用的酸性PEDOT:PSS作为空穴注入层的器件。其原因是空穴注入势垒的降低。而且,正如我们所期望,中性的PEDOT:PSS阻止了In的腐蚀影响。另外,采用中性的PEDOT:PSS作为空穴注入层保持了PLED溶液加工的优势,相比真空蒸镀法,溶液加工是一种低成本的加工方式。如果在制备PLED显示屏工艺中,完全采用溶液加工的方式,将极大地降低生产成本。为了实现全印刷,要在喷墨打印的阴极金属和有机发光层之间选择一个合适的界面层。这个界面层不但能够有效地促进阴极电子的注入,而且能够防止打印阴极溶液时溶剂对发光层的侵蚀。我们研究了多种电子注入层材料,例如碳酸铯,聚氧化乙烯等。结果发现用于全打印的最好的电子注入层材料,是采用一种能固化的环氧树脂与一种水/醇溶性的聚PFNR2的共混材料。采用这种共混材料作为电子注入层,我们制备了无缺陷的96×3×64像素的1.5 inch红、绿、蓝单色屏和全彩的显示屏。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-27
  1.1 引言  11-12
  1.2 聚合物有机电致发光概述  12-24
    1.2.1 有机/聚合物电致发光的发展历史  12-14
    1.2.2 聚合物电致发光器件发光的基本结构及原理  14-18
    1.2.3 聚合物电致发光器件的电荷注入与传递材料介绍  18-22
    1.2.4 聚合物电致发光的表征参数  22-24
  1.3 本论文研究内容与创新点  24-27
    1.3.1 研究课题的提出  24-25
    1.3.2 本论文的创新点  25-27
第二章聚合物发光二极管的制备及性能测试  27-33
  2.1 引言  27
  2.2 聚合物发光二极管的制备  27-30
    2.2.1 实验设备  27-28
    2.2.2 实验步骤  28-30
  2.3 聚合物发光二极管的光电特性  30-32
    2.3.1 器件的伏安特性及电致发光亮度效率测试  30
    2.3.2 电致发光光谱及色坐标测试  30-31
    2.3.3 光致发光效率测试  31-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章聚合物发光二极管的阴极和阳极机理研究  33-49
  3.1 引言  33
  3.2 聚合物电致发光器件的界面特性  33-42
    3.2.1 聚合物/阳极界面特性  33-34
    3.2.2 氧化钼和中性PEDOT:PSS 用作空穴注入层  34-36
    3.2.3 聚合物/阴极界面特性  36-37
    3.2.4 水溶性的电子注入层在全打印显示屏中的应用  37-42
  3.3 研究界面特性的测试手段  42-48
    3.3.1 金属/聚合物/金属的内建电势  42-45
    3.3.2 UPS 测量界面功函数  45-46
    3.3.3 XPS 的原理及应用  46-47
    3.3.4 单空穴单电子器件制备测试界面的注入情况  47-48
  3.4 本章小结  48-49
第四章采用阳极修饰提高聚合物电致发光器件的性能  49-63
  4.1 引言  49-50
  4.2 实验中UPS 及XPS 测试  50-53
  4.3 实验中PLED 器件的制备过程  53
  4.4 实验结果分析  53-62
  4.5 本章小结  62-63
结论  63-65
参考文献  65-72
攻读硕士学位期间取得的研究成果  72-74
致谢  74-75
附件  75

聚合物电致发光器件电荷注入层界面的研究

内容摘要

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