聚合物电致发光器件的稳定性和老化机理研究

论文摘要

有机聚合物电致发光器件的稳定性和老化机制始终是一个重要话题,对PLEDs器件的研究主要集中于PLEDs中的缺陷、器件中的老化和器件光电性能三个方面。为了使聚合物电致发光器件最终能真正用于实际的生产和生活中,必须从三个方面入手:首先是减少器件中的缺陷;其次是延缓器件的衰老,从而延长器件的工作寿命;此外,提高器件的整体发光性能,如降低开启电压、提高器件的发光亮度以及色度要求等,也一样不容忽视。因此对聚合物电致发光器件的老化和缺陷及其发光性能的研究具有很重要的意义。本学位论文从提高有机聚合物电致发光器件的寿命和稳定性方面入手,从器件物理的角度考虑问题,通过各种光谱表征的手段,对有机聚合物电致发光器件的老化机理,器件电极层、载流子传输层以及发光层的结构和性能的变化,以及怎样提高器件的发光亮度、效率和稳定性进行深入的研究。首先,我们评述了有机电致发光器件的发展现状,半导体聚合物基本知识,聚合物器件的物理基础以及评价器件性能的各项参数,另外还分析了本论文用到的主要实验方法:共焦显微喇曼光谱的原理和特点。其次,我们对新型共轭聚合物PFO-BT15发光二极管在电老化方面进行了系统深入的研究,实验表明PFO-BT15是一种结构和光电性能比较的稳定的有机聚合物发光材料,短时间的强电流老化不能使得聚合物共轭结构发生明显得变化,它能在较大电流通过的情况下保持较长时间的稳定性。此种有机聚合物结构对于提高材料发光的稳定性提供了很有帮助的信息,有助于其他发光材料的合成以及稳定性的提高;另外,我们也研究聚合物器件电老化过程中黑斑的形貌特征,以及黑斑产生机理。再次,研究了退火对有机聚合物器件性能和结构的影响。首先对ITO透明导电玻璃进行了不同温度的退火处理,我们发现,400℃左右的退火可以明显的改善有机聚合物发光器件的性能;另外,我们通过对P-PPV聚合物电致发光器件进行低于发光材料P-PPV玻璃化温度的临近温度的退火处理,可以提高器件的发光亮度和效率,降低器件的启亮电压。主要原因可能是退火处理后改善了发光层与阴极的界面特性,提高了电子的注入效率,这样就增大电子和空穴的复合几率,使得器件的发光效率增加。通过光谱手段我们证明,在此过程中器件发光层的结构没有发生变化,说明此种材料的热稳定性良好。最后,利用喇曼光谱和红外测温仪为表征手段,本文研究了聚合物电致发光器件在不同电流密度的工作温度下器件内部热效应对器件老化的影响。通过实验得到器件内层的斯托克斯喇曼信号和反斯托克斯喇曼信号强度的比值,代入波尔兹曼方程计算得到该层对应的温度,从而达到精确测量器件内部工作温度的目的。通过对器件施加从0mA/cm2到169mA/cm2的电流密度,发现器件内部工作温度逐渐升高,最终达到有机层的玻璃化转变温度后,发光层材料（EL）发生相变,变成游离状的液态,这种状态不稳定,造成发光层材料的局部缺陷,使得器件阴阳极短接导致器件短路,从而发光失败。实验表明喇曼光谱是一种探测薄膜器件内部工作层温度的有效手段。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 第一节 引言
• 第二节 国内外研究现状和最新进展
• 第三节 存在的问题和发展方向
• 第四节 本学位论文研究的意义和本论文的总体结构
• 第二章 有机半导体聚合物的基础知识
• 第一节 半导体聚合物物理
• 2.1.1 半导体聚合物材料
• 2.1.2 共轭聚合物的基本物理特性
• 2.1.3 光电子器件中的共轭聚合物
• 2.1.4 有机固体中的电子跃迁特性
• 第二节 聚合物光电子器件
• 2.2.1 聚合物发光二极管
• 2.2.2 聚合物激光二极管
• 第三节 测量聚合物电致发光器件发光性能的主要参数
• 2.3.1 发射光谱
• 2.3.2 发光亮度
• 2.3.3 发光效率
• 2.3.4 发光色度
• 2.3.5 发光寿命
• 2.3.6 电流密度-电压关系
• 2.3.7 亮度-电压曲线
• 第四节 本章小结
• 第三章 共焦喇曼光谱方法的原理和特点
• 第一节 引言
• 第二节 喇曼散射的原理
• 3.2.1 喇曼散射的产生
• 3.2.2 经典理论对喇曼散射的解释
• 3.2.3 量子理论对喇曼散射的解释
• 3.2.4 喇曼光谱参数
• 3.2.5 共振喇曼散射原理
• 第三节 显微共焦喇曼系统的原理和特点
• 3.3.1 共焦原理
• 3.3.2 共焦显微喇曼光谱系统
• 第四节 光致发光谱与喇曼光谱的关系
• 第五节 本章小结
• 第四章 新型共轭聚合物 PFO-BT15发光二极管的电老化研究
• 第一节 引言
• 第二节 实验室环境下 PLED的电老化研究
• 4.2.1 器件的制备
• 4.2.2 器件各层之间的匹配
• 4.2.3 样品的处理
• 4.2.4 器件老化前后的光电特性
• 4.2.5 器件老化前后的喇曼光谱
• 第三节 PLEDs电老化过程中的黑斑研究
• 4.3.1 PLEDs黑斑的形貌特征
• 4.3.2 PLEDs黑斑的形成原因分析
• 第四节 本章小结
• 第五章 退火对有机聚合物器件性能和结构的影响
• 第一节 引言
• 第二节 阳极 ITO层退火处理对有机发光器件性能的影响
• 5.2.1 退火对ITO薄膜表面形貌的影响
• 5.2.2 退火对ITO薄膜电阻的影响
• 5.2.3 ITO薄膜退火对OLEDs的发光效率的影响
• 5.2.4 小结
• 第三节 实验室环境下 PLEDs的退火研究
• 5.3.1 样品制备
• 5.3.2 样品的退火处理
• 5.3.3 实验结果讨论
• 5.3.4 器件退火前后PR谱和喇曼谱的比较
• 第四节 本章小结
• 第六章 利用喇曼光谱研究 PLEDs内部的温度老化机理
• 第一节 引言
• 第二节 喇曼效应测温的机理描述
• 第三节 利用喇曼光谱研究器件内部工作温度
• 6.3.1 器件的处理
• 6.3.2 结果与讨论
• 第四节 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读博士学位期间所发表的论文