聚合物偏振电致发光器件的研究

论文摘要

聚合物电致发光器件由于在平板显示和照明领域的潜在应用前景,近年来成为国际众多研究机构和企业的研究热点。聚合物的偏振电致发光现象作为新兴的研究方向,其意义在于可作为液晶显示器的背光源,从而大幅提高光能利用率和简化元件结构。本研究工作以此为出发点,在传统聚合物电致发光器件的基础上,通过定向层的作用实现发光聚合物的取向排列,最终制备出具有偏振发光特性的聚合物电致发光器件。论文立足于发光聚合物薄膜器件,深入研究了偏振发光的理论基础、薄膜的光学各向异性表征和电致发光器件的制备,并在此基础上提出了新的定向层制作技术。1.论文从电磁辐射理论和聚合物液晶特性两个角度对聚合物偏振发光的物理机制进行论述。前者以偶极子振荡模型为理论依据,论证了聚合物发光的偏振态与分子主轴方向的一致关系;后者从分子结构的角度,证明了聚合物刚性棒状结构以及由此产生的液晶特性对偏振发光的决定性作用。有序参数是衡量薄膜取向程度的重要参量,从有序参数的定义出发推导出了薄膜二向色性表达式。2.由聚合物分子定向排列引起的光学各向异性是取向薄膜的重要光学特性。本文提出了一种基于聚合物材料色散模型,通过对反射和透过光谱的拟合确定薄膜光学常数（包括折射率和消光系数）和厚度的计算方法。利用单一反射光谱拟合,测定了聚合物电致发光器件中几种常用功能薄膜的光学常数。并采用不同偏振态的线偏振光作为测试光源,计算得到了三种发光聚合物取向薄膜的光学常数各向异性,其中PFBT和PFO-BT-DBT在峰值波长处的双折射率达到0.86和0.67。3.利用芴基聚合物的热致液晶特性,制备了具有显著偏振特性的红、绿、蓝单色和白光偏振电致发光器件。器件结构为ITO/Alignment layer/Active layer/Cathode,以机械摩擦空穴注入层PEDOT:PSS作为定向层。其中利用芴基发光聚合物PFO-BT-DBT链内生色团之间的能量转移,首次实现了单一聚合物白光偏振电致发光。通过测试发光聚合物的液晶相转变温度和取向薄膜的吸收和光致发光偏振光谱,确定了薄膜的最佳摩擦强度和热处理条件。在最佳取向条件下,器件电致发光偏振率高达24,为目前所报道的国际较高水平。器件同时具有良好的发光亮度和颜色稳定性,白光的CIE色坐标为（0.33,0.35）,非常接近完美白光。4.为了避免机械摩擦定向层方法对器件发光带来的不利影响,开创性地采用了微压印技术制作定向层的表面微结构。采用热固化柔性硅橡胶PDMs作为印章,经微压印使PEDOT:PSS层形成了最小周期为1.6μm的光栅微结构。以此为定向层制备的发光取向薄膜同样具有显著的光学各向异性,而且光栅分辨率越高对取向越有利。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 常用英文缩写注释表
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 聚合物电致发光器件
• 1.1.1 发展历史
• 1.1.2 器件结构
• 1.1.3 基本原理
• 1.1.4 性能表征
• 1.2 聚合物偏振电致发光的研究进展
• 1.3 聚合物偏振电致发光的实现方法
• 1.3.1 机械处理法
• 1.3.2 摩擦转移法
• 1.3.3 LB沉积法
• 1.3.4 液晶自组装法
• 1.3.5 光定向法
• 1.4 本文主要研究内容和创新意义
• 参考文献
• 2 液晶聚合物偏振发光的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 偏振发光的电磁理论
• 2.3 偏振发光的材料基础
• 2.3.1 液晶聚合物结构
• 2.3.2 液晶聚合物Flory理论
• 2.3.3 有序参数和二向色性比计算
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 3 聚合物偏振电致发光器件的制备与测试
• 3.1 引言
• 3.2 实验用到的聚合物材料
• 3.2.1 芴基发光聚合物
• 3.2.2 定向层材料
• 3.3 聚合物电致发光器件的制备
• 3.3.1 ITO基片的刻蚀与清洗
• 3.3.2 阳极缓冲层的旋涂与摩擦定向
• 3.3.3 聚合物发光层的旋涂与取向
• 3.3.4 阴极蒸镀和封装
• 3.4 性能测试
• 3.4.1 紫外-可见吸收光谱
• 3.4.2 偏振光致发光光谱
• 3.4.3 偏振电致发光光谱与亮度
• 3.4.4 伏安特性
• 3.5 半导体聚合物薄膜的光学常数测试
• 3.5.1 基本原理
• 3.5.2 光学常数和厚度测试
• 3.5.3 表面粗糙度对拟合结果的影响
• 3.6 取向薄膜的光学双折射测定
• 3.6.1 反射与透射光谱的测量与拟合
• 3.6.2 光学常数各向异性分析
• 3.7 本章小结
• 参考文献
• 4 三基色聚合物偏振电致发光器件的研究
• 4.1 引言
• 4.2 定向层摩擦特性
• 4.3 发光取向薄膜的偏振特性
• 4.3.1 基本光谱性质
• 4.3.2 热致液晶相特性分析
• 4.3.3 取向条件对薄膜偏振特性的影响
• 4.4 器件的偏振电致发光性能
• 4.4.1 I-V特性
• 4.4.2 偏振EL光谱特性
• 4.4.3 不同聚合物EL偏振率差异的分析
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 5 白光聚合物偏振电致发光器件的研究
• 5.1 引言
• 5.2 白光聚合物电致发光的实现方法
• 5.3 白光聚合物PFO-BT-DBT的材料特性
• 5.3.1 基本光谱性质
• 5.3.2 热致液晶相特性分析
• 5.4 PFO-BT-DBT薄膜的取向
• 5.4.1 加热温度的影响
• 5.4.2 其它因素的影响
• 5.4.3 最优化取向薄膜的偏振光谱特性
• 5.5 偏振电致发光器件
• 5.5.1 电致发光偏振特性
• 5.5.2 器件电学性能
• 5.5.3 热处理对电致发光的影响
• 5.6 本章小结
• 参考文献
• 6 定向层薄膜的微压印制备
• 6.1 引言
• 6.2 微压印技术的基本原理
• 6.2.1 微压印技术简介
• 6.2.2 实验采用的微压印技术特点
• 6.3 PDMS材料性质
• 6.4 PDMS印章的制备
• 6.4.1 硅基模板制作
• 6.4.2 PDMS印章的固化成型
• 6.4.3 基于光盘模板的PDMS印章成型
• 6.5 PEDOT:PSS薄膜的微压印定向
• 6.6 发光薄膜的光学偏振性能
• 6.6.1 发光层成膜特性
• 6.6.2 器件的偏振吸收谱分析
• 6.7 本章小结
• 参考文献
• 7 总结与展望
• 作者简历及攻读博士学位期间发表的文章