微纳世界的音乐之声——用低维纳米机电器件探索微观世界

纳米机电器件是具有机械运动自由度的纳米电子器件。特别有趣的是,纳米机电器件同时也构成了微纳世界的各种乐器,能够演奏出独特的音乐之声。如同宏观世界中的乐器各有各的特色,这类微纳器件在研究低维及纳米尺度的物理现象时,也展现出一些独到的潜力和优势,例如研究低维体系中的独特相变过程以及纳米材料中的力学各向异性效应等。在这些工作中,通过精密测量低维纳米材料的机械振动,即仔细倾听这些乐器所奏出的音乐之声,能够帮助研究者们观察到一些原来不易被测量的现象,进而探索新的低维物理过程和材料体系,带来新的科学发现。

基于BCzVB的高效非掺杂蓝色有机电致发光器件

以超薄插入方式制备了基于BCzVB(1,4-bis[2-(3-N-ethylcarbazoryl)vinyl]benzene)的高效非掺杂蓝色有机电致发光器件.器件的结构为ITO/MoO 3/TAPC(1,1-bis((di-4-tolylamino)phenyl)cyclohexane,50 nm)/BCzVB(x nm)/CBP(4,4’-N,N’-dicarbazole-biphyenyl,20 nm)/BCzVB(x nm)/TPBi(1,3,5-tris(1-phenyl-1H-benzimidazol-2-yl)benzene,20 nm)/LiF(1.5 nm)/Al.当BCzVB厚度x为0.3 nm时,器件的最高亮度为12800 cd/cm^(2),最高外量子效率为2.1%(电流效率2.8 cd/A),CIE色坐标为(0.15,0.17).通过优化空穴注入层MoO 3的厚度,器件的最高亮度和外量子效率分别达到了14200 cd/cm^(2)和4.2%(电流效率为5.66 cd/A),外量子效率提升了一倍.这远超目前报道的基于BCzVB蓝色OLED的最高效率.

主客体掺杂的电化学共聚合发光薄膜的高性能有机电致发光器件研究

电化学聚合发光薄膜虽已成功应用于有机电致发光器件中,但其发光性能仍与旋涂薄膜和蒸镀薄膜相距甚远。因此,提高电聚合发光薄膜的发光性能仍然是一个艰难的挑战。电化学共聚合是提高薄膜发光性能的有效方法。以DBTSo和TCSoC作为主体分别与TCBzC客体共聚合,共聚合后薄膜的平整性和致密性都得到了改善。DBTSo结构与TCBzC相差较大,形成的共聚合薄膜发光性能较差。TCSoC的结构与TCBzC相似,共聚合发光器件的最大发光亮度为2300cd/m^(2),最大发光效率为2.06cd/A。与TCBzC器件相比,最大亮度提高了88%,最大效率提高了1.67倍,为电化学聚合发光薄膜性能的提升提供了一个选择方案。

有机电致发光器件及显示驱动研究进展

经过30多年的发展,得益于对高效有机半导体材料、新型器件结构、器件工作机理的深入理解以及产业界坚持不懈的工程探索,有机发光二极管(Organic light‑emitting diodes,OLEDs)的综合性能取得了突破性进展,并成功实现了商业化应用,OLEDs新型显示已成为新一代信息技术的先导性支柱产业。本文将从OLEDs器件角度阐述有机电致发光器件以及显示驱动的研究进展,首先结合光电器件性能提升介绍OLED的基本器件结构演变过程,随后系统性重点阐述现阶段产业上广泛使用以及极具应用前景的器件结构,包括p‑i‑n OLEDs器件结构、叠层器件结构、非掺杂器件结构,最后简述OLEDs显示驱动技术,以期为相关科研工作者提供一些有益的参考。

共掺杂PEDOT∶PSS薄膜改善有机电致发光器件性能

为了克服PEDOT∶PSS作为空穴注入层时强酸性和低导电性的问题,采用将适量咪唑和碘化铯共掺杂于PEDOT∶PSS的方法,制备了高效有机电致发光器件(OLEDs)。结果表明:有效调节PEDOT∶PSS的酸碱性,可提高PEDOT∶PSS的空穴注入能力,使载流子传输更加平衡。与纯PEDOT∶PSS作空穴注入层的OLEDs相比,优化后器件的最大亮度和电流效率分别提高了30%和31%。该研究为掺杂PEDOT∶PSS为空穴注入层在OLEDs领域的研究提供了理论和实验参考。

基于激基复合物型双母体磷光有机电致发光器件研制

利用电子给体材料mTPA-PPI和电子受体材料PO-T2T,实现了一种具有显著热活化延迟荧光特性的激基复合物,通过时间分辨谱技术,探明了mTPA-PPI∶PO-T2T间激子的反系间窜越、瞬时荧光、延迟荧光等激子动力学过程;研制了基于mTPA-PPI∶PO-T2T双母体的高性能磷光OLED器件,通过高效的反系间窜越过程,提升了三线态激子的利用率,有效提高了器件效率,缓解了高电流密度下的效率滚降。基于激基复合物双母体红光磷光器件的最大电流效率、功率效率、外部量子效率分别为20.3 cd/A,18.6 lm/W和11.54%,分别是单母体器件的1.4,1.2,1.5倍,此外,双母体器件的最高亮度高达25 410 cd/m^(2),是单母体器件最高亮度的3.9倍。

基于超薄透明Ag_(2)O/Ag阳极的高效有机电致发光器件

提出了一种通过在玻璃衬底表面引入氧化银种子层的方法,成功制备了具有良好表面、光学、电学特性的超薄透明导电Ag薄膜。首先,在玻璃衬底上用热沉积的方法生长1 nm Ag薄膜,然后对该薄膜进行空气等离子体处理,生成氧化银种子层,该种子层可抑制Ag原子的随机迁移,提高随后沉积Ag原子成核密度,从而促进Ag原子快速成膜。以该超薄透明氧化银/银薄膜为阳极,实现了一种高效磷光有机电致发光器件,器件的最大电流效率、功率效率分别为60.4 cd·A^(-1)和63.2 lm·W^(-1),是常规ITO器件的1.45倍和1.60倍。该研究结果表明,以氧化银为种子层的超薄透明Ag薄膜是极具发展潜力的透明导电电极。

微腔效应影响有机发光器件调制带宽特性研究

可见光通信(VLC)技术巧妙地融合了通信和照明或显示功能,为通信提供了高效便捷的方案。有机电致发光器件(OLED)作为最接近自然阳光的人造光源,在可见光通信系统的发射端展现出巨大的应用潜力。然而,受制于有机发光染料激子辐射复合速率较慢的限制,OLED在高频信号激励时响应速度较慢。为了克服这一限制,我们提出利用微腔结构,旨在通过微腔效应增强有机发光分子的自发辐射速率,从而改善器件的频率响应。研究结果表明,特定腔长的光学微腔引发的Purcell效应能够提升特定波长的光子态密度,从而加速其自发辐射速率。这种增强效应成功地将调制带宽从4 kHz提高到7 kHz,拓展了近75%的响应频率范围。

微腔有机电致发光白光器件设计及制作

用一种宽谱带材料Alq3作为发光层,设计并制作白色有机微腔电致发光器件。器件结构:Glass/DBR/ITO(194nm)/NPB(93nm)/Alq3(49nm)/MgAg(150nm),得到了位于蓝(488nm)和红(612nm)光区域的两个腔发射模式,并通过颜色匹配获得了白光。器件的最大电致发光亮度16435cd/m2,最大效率11.1cd/A,典型亮度值100cd/m2时的发光效率、电压、电流密度分别是9cd/A,6V和1.2mA/cm2,CIE色坐标为(0.32,0.34)。在不同的驱动电压下,器件的发光颜色稳定,说明了微腔是一种制作白光OLED的有效结构。

有机电致发光器件的驱动技术

只有结合良好的驱动技术才能将OLED的特点表现出来。OLED的驱动方式可分为有源驱动和无源驱动,分别对这两种驱动技术作一评述。OLED需结合TFT有源驱动技术才有可能进一步发展,而LTPSTFT技术几乎是惟一的选择。使用数字驱动电路是目前的发展趋势。

基于rubrene掺杂剂的高亮度白色有机电致发光器件

采用CBP主体材料中掺杂rubrene，制备了结构为ITO／2T-NATA（25nm）／NPBX（20nm）／CBP：1％rubrene（10nm）／NPBX（5nm）／DPVBi（30nm）／TPBi（20nm）／Alq（10nm）／LiF（1nm）／Al的白光器件，此结构将器件的发光区控制在了DPVBi层和rubrene掺杂层。利用rubrene染料本身的载流子俘获空穴特性与CBP母体转移来的能量发射荧光特性，以及插入的5nm NPBX的电子阻挡特性获得了高亮度的白光器件。此器件在驱动电压为16V时最大亮度达到25110cd／m^2，对应的色坐标为（0．30，0．34），在驱动电压为10V时最大电流效率为5．32cd／A，外量子效率为1．65％。而且，驱动电压在10～16V时，即达到最大亮度和最大效率时，其色坐标都在白光等能点（0．33，0．33）附近。

有机电致发光器件的封装技术

有机电致发光显示器件(OLED)被认为是综合性能最理想、最具发展前景的下一代显示技术之一。但由于其使用寿命太短,制约了OLED显示技术的产业化发展。对OLED进行有效的封装是解决这些问题,进而提高其使用寿命的最直接和最有效的方法。文章综述了OLED显示器件老化的机理及其封装技术(物理法、化学法、复合封装法);分析了各种封装技术对OLED显示器件寿命的影响因素及各自的优缺点。

一种白光有机电致发光器件的制备

通过对器件结构的优化设计,提高了白光电致发光器件中蓝光成分的发光效率,从而得到了一种较为理想的有机白光电致发光器件。驱动电压为5V时,电流密度J=0 5mA/cm2,器件的效率达到最大,流明效率为1 92lm/W,此时器件的发光亮度接近20cd/m2,色坐标为(x=0 317,y=0 328),非常接近白光等能点,是色度很好的白光。并且在很大范围内,色度随器件的驱动电压或电流变化不大,当驱动电压变化至15V时,J=232mA/cm2,色坐标变化至(x=0 338,y=0 353)。在电压为22V时,器件的亮度达到最大,为17000cd/m2。此外器件结构相对简单,器件制备的可重复性得到很大程度的改善。

有机电致发光器件量子效率测量系统的建立及其应用研究

有机电致发光器件(OLED)的量子效率是衡量器件发光性能的一个非常重要的参数。考虑到提高OLED量子效率的基本前提是能精确测得器件的量子效率,本文工作采用美国Keithley公司的系列产品,设计与组建了一套精确测量OLED量子效率的测量系统(主要由真空系统和测试系统组成)。应用本系统测量时,由测量软件通过数据采集卡来实时地对K 2400(稳压源)和K 485(微检流计)进行控制,得到流经器件的电流和器件输出的光电流,再经过换算得出注入器件的电子数和从器件输出的光子数,从而能够得到器件的量子效率值,最后由计算机动态地绘制出器件的性能曲线。此外,我们还利用本测量系统对以MEH PPV为基质的橙红色OLED进行了测量,该测试样品在0 0117A/cm2的电流密度下,测得量子效率为0 39%。

ITO阳极电阻对有机电致发光器件性能的影响

以不同方块电阻的ITO作为阳极,利用真空热蒸发的方法制备了双层结构有机电致发光器件ITO/TPD/Alq3/LiF/Al,定量研究了ITO阳极电阻对器件光电性能的影响。实验结果表明,具有较大阳极电阻的器件在一定的驱动电压下表现出较低的电流密度和亮度,我们认为主要原因是阳极电阻的分压导致用于载流子注入的有效驱动电压减少。扣除阳极电阻以后,我们发现用于载流子注入的有效驱动电压并不受阳极电阻的影响。另外,我们没有观察到阳极电阻对器件发光效率的明显影响。

基于N-乙基咔唑-2-乙烯基-8-羟基喹啉锌的黄绿色有机电致发光器件的性能

通过用一种既具有空穴传输特性又具有发光特性的新型荧光染料N-乙基咔唑-2-乙烯基-8-羟基喹啉锌((E)-2-(2-(9-ethyl-9H-carbazol-3-yl)vinyl)quinolato-zinc,CzHQZn)作为受主,制备了结构为ITO/2T-NATA(30nm)/CBP:6%Ir(ppy)3∶wCzHQZn(20nm)/Alq3(50nm)/LiF/Al(ITO:indium-tinoxide,2T-NATA:4,4′,4′′-{N,N-(2-naphthyl)-N-phenylamino}-triphenylamine,CBP:4,4-N,N′-dicarbazole-biphenyl,Ir(ppy)3:factris(2-phenylpyridine)iridium,Alq3:tris(8-quinolinolato)aluminum;w是CzHQZn的质量分数)的黄绿色有机电致发光器件(OLEDs).研究了掺杂体系在不同掺杂浓度(w=5%、10%、12%、15%)时的电致发光(EL)特性.结果表明,CzHQZn掺杂浓度为10%的器件在11V电压下实现了黄绿光发射,色坐标为(0.4045,0.5113),最大发光亮度为16110cd·m-2;而在7V电压下的最大发光效率为2.19cd·A-1,最大外量子效率为0.775%.

TBPe作蓝光材料的双层白色有机电致发光器件的性能

选用一种新型高效的蓝光有机小分子荧光染料TBPe,首次制备了以PVK∶TBPe为蓝光发光层和A lq3∶rubrene为橙红光发光层的双层白光有机电致发光器件,器件结构为ITO/PVK∶TBPe/A lq3∶rubrene/Mg∶Ag。通过适当调节各有机层的掺杂比例和厚度,得到了发光性能比较理想的白光器件。器件在7 V左右启亮,而且随着外加电压的变化,色坐标基本保持不变,在外加驱动电压为16 V时,器件的亮度为738 cd/m2,外量子效率为0.2%。我们还尝试选用本身可以发绿白光,而且兼具电子传输特性的母体材料Zn(BTZ)2替代A lq3,器件的最大亮度提高到1 300 cd/m2,色坐标为(0.32,0.36),更加接近白色等能点,器件其他光电性能也得到了显著地提高。

利用LiF/Al作为电极的有机电致发光器件

本文报道了利用 L i F/ Al作为负电极的有机电致发光器件 ,器件结构为 ITO/ TPD/Alq3/ Li F/ Al,Li F层的加入增强了电子注入 ,当其厚度为 0 .4nm时 ,器件的性能最好 ,与单层 Al和 Mg/ Al电极的同类器件相比 ,此时器件的开启电压由 Al电极时的 4.3V和 Mg/ Al电极时的 3.0 V降低到了 2 .0 V,器件的最大亮度分别由 40 0 0 cd/ m2、1 40 0 0 cd/ m2提高到1 960 0 cd/ m2 ,器件的发光效率也分别增加了 5倍和 2倍 ,达到 2 .66lm/ W.

微腔有机电致发光器件的谐振腔反射镜性能

根据微腔原理运用传输矩阵法对构成微腔有机电致发光器件（MOLED）谐振腔的两个反射镜进行模拟计算并比较,可观察到：随金属反射镜的反射率增大,微腔器件的电致发光（PL）谱的半峰全宽（FWHM）逐渐窄化;峰值逐渐蓝移至设计的谐振峰值520nm处;峰值强度和光谱积分强度逐渐增强。结果表明：金属反射镜反射率越大越好。随DBR反射镜的周期数从1增加到9,EL的峰值均为520nm,半峰全宽逐渐窄化,积分强度逐渐减弱;峰值强度由弱增强再减弱,4个周期时峰值强度最大,所以设计微腔器件时,DBR的周期是一项很重要的参数。DBR反射率太大不利于出光,太小微腔效应小。需要根据制作目的和需要进行合理选择。