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本文主要针对有机发光器件(organic light emitting device,OLED)中关于电输运及光耦合这两个过程做了一些研究。关于电输运这个过程,我们主要针对有机发光器件中空穴与电子迁移率不匹配的问题,试图引入无机材料,用以代替传统有机空穴传输层(HTL),通过调控无机材料的空穴迁移率,跟电子传输层中(ETL)的电子迁移率进行匹配,以提高器件的发光效率及稳定性;而关于光耦合这个过程,我们侧重关注光子在发射出来时有相当大一部分比例(40％左右)被束缚在有机层及阴极金属界面而形成的表面等离子体极化激元(surfaceplasmon polariton,SPP),试图以简单的实验手段去探测并证明有机发光器件金属表面所存在的SPP现象。我们所做的一些创新性成果如下:
1.我们采用无机材料富硅氧化硅(Si1+xO2)代替传统有机空穴传输材料NPB做OLED的空穴传输层,通过改变Si1+xO2中富硅度x的量,调控HTL的空穴迁移率,以跟ETL的电子迁移率进行匹配。器件结构为:ITO/Si1+xO2(30nm)/buffer/A1Q(45 nm)/q3phen:Cs2CO3(15 nm)/Sm(5 nm)/Au(15 nm)。我们发现当x=3.7时,Si1+xO2的空穴迁移率为3.3×10-5cm2V-1s-1,与我们所用的ETL材料AlQ电子迁移率(～10-5cm2V-1s-1)最为匹配,这时器件的电流效率达到最大,最大电流效率为3.6 cd/A,比传统OLED器件(以NPB做HTL)提高了25%左右。同时提高了器件的化学稳定性以及能有效防止ITO衬底中铟材料对有机层的侵蚀。
2.针对前边工作中ITO阳极材料与Si1+xO2晶格不匹配并因此导致器件的启亮电压比较高(7V)与功率效率跟传统OLED器件比不具备优势等问题,我们尝试用p-Si代替ITO做阳极。器件结果如下:p-Si/Si1+xO2/buffer/A1Q(45 nm)/Bphen:Cs2CO3(15 nm)/Sm(5 nm)/Au(15 nm)。只有当x=7.0时,所对应的Si1+xO2空穴迁移率为8.57*10-5cm2V-1s-1,这时空穴与电子注入能力是最为匹配的,器件的启亮电压降至4V,最大功率效率达到0.33 lm/W,接近于同样工作电压下(6V)传统的硅基OLED(以NPB做HTL)功率效率的4倍。
3.SPP是实现未来光互连及电互连完美结合的桥梁,理论上OLED金属表面会有40%左右光子能量耦成SPP现象。我们将硅基的OLED(分别以Au与Ag作阴极金属材料)从正面切开,使用微区光谱仪探测其侧面发光的情况,发现与正面发光情况不同,器件侧面发出来的光波具有一定的偏振性,而以Ag做阴极材料的器件偏振性又比以Au做阴极材料的器件强出许多。对于以Au做阴极材料的OLED,侧面发光的偏振性TM:TE=2:1;而对于以Ag做阴极材料的OLED,侧面发光的偏振性高达TM:TE=300:1。实验结果跟模拟计算出来的SPP模式是吻合的,从而实现通过实验手段探测并证明OLED金属表面SPP现象。