【摘要】：量子點(diǎn)電致發(fā)光二極管(QD-LED)由于發(fā)光色純度高、發(fā)光波長(zhǎng)可調(diào)和溶液加工特性,使其在平板顯示方面應(yīng)用前景廣闊。高效率、長(zhǎng)壽命QD-LED以及全彩化集成技術(shù)是量子點(diǎn)顯示屏的基礎(chǔ),研究QD-LED工作機(jī)理、老化機(jī)制和量子點(diǎn)薄膜圖形化技術(shù)有助于推動(dòng)量子點(diǎn)顯示產(chǎn)業(yè)化。本論文首先系統(tǒng)地研究了倒裝結(jié)構(gòu)器件中空穴傳輸層特性對(duì)器件性能的影響,較大的空穴注入勢(shì)壘導(dǎo)致空穴在QD/HTL界面積累和激子復(fù)合中心向界面移動(dòng),而界面處積累的電荷會(huì)淬滅激子,降低器件性能。采用雙層空穴傳輸層,形成空穴梯度注入,減小注入勢(shì)壘同時(shí)改善載流子平衡,器件外量子效率由4.0%提升到了9.7%。在此基礎(chǔ)上,我們采用深HOMO能級(jí)的藍(lán)光聚合物PFSO作為倒裝紅光QD-LED器件的空穴傳輸層,實(shí)現(xiàn)了11.8 cd/A的電流效率。同時(shí),我們?cè)O(shè)計(jì)并制備了PFSO作為QD-LED的空穴傳輸層與藍(lán)光OLED的發(fā)光層的雜化器件,實(shí)現(xiàn)了紅光與藍(lán)光的同時(shí)發(fā)射,豐富了全彩顯示的器件結(jié)構(gòu)。噴墨打印技術(shù)被認(rèn)為是制備大尺寸QD-LED顯示屏的可行技術(shù),但是量子點(diǎn)墨水配制和干燥薄膜特性研究報(bào)道較少。我們自主研制了可穩(wěn)定噴墨打印的量子點(diǎn)墨水,并且系統(tǒng)地研究了墨水流變性質(zhì)、基板表面性質(zhì)對(duì)液滴干燥形貌的影響。發(fā)現(xiàn)加快液滴干燥速率和增強(qiáng)量子點(diǎn)與基板的相互作用可以有效地抑制“咖啡環(huán)”效應(yīng),最終采用噴墨打印方法制備了厚度均勻的量子點(diǎn)薄膜。結(jié)合金屬氧化物TFT背板,采用噴墨打印技術(shù)制備了2-inch、120 ppi的全彩色量子點(diǎn)電致發(fā)光顯示屏,顯示色域達(dá)到了109%NTSC標(biāo)準(zhǔn),為噴墨打印制備大尺寸量子點(diǎn)顯示屏提供了有益的參考。采用無(wú)機(jī)ZnO和磷鉬酸PMA組成連接層,溶液加工制備了高效率疊層白光QD-LED器件。得益于連接層優(yōu)異的溶劑阻擋能力、可見(jiàn)光范圍內(nèi)高透過(guò)率以及高效率的載流子注入和傳輸能力,制備的疊層紅光QD-LED工作電壓、電流效率、亮度均與理論值一致。紅、綠、藍(lán)QD-LED疊層白光器件在亮度為100000 cd/m~2時(shí)得到最大電流效率60.4 cd/A和最大外量子效率27.3%。此外,疊層白光器件在10000 cd/m~2-100000 cd/m~2的亮度范圍內(nèi)均能達(dá)到20%的外量子效率。疊層白光QD-LED結(jié)合濾色片,可以輸出124%的NTSC顯示色域,展示出作為新一代顯示屏背光源的巨大應(yīng)用潛力。無(wú)論是噴墨打印AMQLED顯示屏還是疊層白光QD-LED均展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力,但是器件工作穩(wěn)定性仍需進(jìn)一步提高。我們研究了正裝有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化紅光QD-LED器件老化機(jī)制。發(fā)現(xiàn)器件在恒流模式下老化過(guò)程分為兩個(gè)階段:第一階段QD/HTL界面黏附力增強(qiáng),空穴注入增強(qiáng),平衡了載流子,使得器件在老化初期亮度不斷提高;第二階段器件亮度不斷降低,可能由于量子點(diǎn)在工作時(shí)表面配體脫落導(dǎo)致薄膜熒光量子產(chǎn)率不斷降低。為此,我們提出配體交換策略,將表面的油酸等低結(jié)合能的有機(jī)配體置換為結(jié)合能力更強(qiáng)的硫醇配體,從而提高器件穩(wěn)定性。
【圖文】：

圖 1-1 a）量子點(diǎn)的透射電鏡圖，插圖為高分辨率圖；b）不同量子點(diǎn)尺寸的熒光光譜[19]；c）Cd單核的吸收和熒光光譜[21]；d）表面鈍化前后激子復(fù)合通道示意圖[21]Figure 1-1 a) TEM image of quantum dots, inset: high-resolution TEM image; b) PL spectrum of quantudots with different size[19]; c) UV-vis absorption and PL spectrum of bare CdS core[21]; d) Schematicdiagram of exciton recombination in bare QDs and surface passivated QDs[21]核/殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)的光電性質(zhì)可以通過(guò)核與殼半導(dǎo)體能級(jí)的相對(duì)位置調(diào)控，圖 1出了不同半導(dǎo)體材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)[21]。根據(jù)核/殼材料相對(duì)能級(jí)結(jié)構(gòu)，將核殼結(jié)構(gòu)量子為 TypeI、TypeII 和反 Type I，如圖 1-2b 所示[25]。TypeI 量子點(diǎn)中，殼半導(dǎo)體材料比核半導(dǎo)體材料帶隙寬，這樣電子和空穴的波函數(shù)被限制在發(fā)光核上，可以提高發(fā)率；反 Type I 量子點(diǎn)殼半導(dǎo)體材料帶隙比核的窄，電子和空穴的波函數(shù)被離域到，通過(guò)控制殼厚度調(diào)控發(fā)光波長(zhǎng)；TypeII 量子點(diǎn)中，，殼層半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶底或價(jià)

圖 1-2 a）不同半導(dǎo)體材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)[21]；b）不同核殼結(jié)構(gòu)的相對(duì)能級(jí)示意圖[25]Figure 1-2 a) Energy level of various semiconductors[21]; b) Relative energy level of different core-shestructures[25]例如，CdSe/CdS 被廣泛用于制備高性能 QD-LED 器件，但是 CdSe 和 CdS 兩者帶能級(jí)差非常小，導(dǎo)致電子離域在整個(gè)量子結(jié)構(gòu)中[27]。而通常需要較厚的 CdS 殼層量子點(diǎn)的俄歇復(fù)合過(guò)程，但是殼層厚度增大之后，電子的離域半徑增大，而空穴依限制在核層中，電子、空穴比函數(shù)重疊較小，復(fù)合效率反而降低。因此，有些量子用 ZnS 作為外層鈍化層，但是 ZnS 與 CdSe 的晶格失配度為 12%，產(chǎn)生了晶格應(yīng)力降低量子點(diǎn)的熒光量子點(diǎn)產(chǎn)率[28]。為了減小核/殼之間的晶格失配，采用梯度合金結(jié)殼層可以減緩晶格之間的不匹配[29-32]。 Bae 等人采用 CdSe/Zn1-xCdxS 結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)研究了合金 Zn1-xCdxS 殼層厚度對(duì)器件的影響[30]。通過(guò)控制元素分布調(diào)控能級(jí)，將
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1;TN383.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2598910