【摘要】：量子點發(fā)光二極管(Quantum Dot Light-Emitting Diodes,QLED)因具有良好的材料穩(wěn)定性、發(fā)光波長隨量子點尺寸大小連續(xù)可調(diào)、發(fā)光光譜窄、可全溶液法構(gòu)筑等優(yōu)點,受到越來越多科研工作者的關(guān)注。由于QLED器件采用“三明治”式多層堆疊結(jié)構(gòu),其發(fā)出的光約80%被器件內(nèi)部層與層之間全反射引起的波導(dǎo)模式、ITO玻璃與空氣之間的基底模式以及金屬電極之間產(chǎn)生的表面等離子體效應(yīng)等非輻射耦合方式所耗散,最終只有約20%的光可以從器件中發(fā)射出來。這些無法出射的光會轉(zhuǎn)化為熱能,而熱量積累會造成器件的效率和壽命急劇滾降。因此,提高光取出效率,降低器件內(nèi)部熱量積累是提升器件外量子效率、壽命的關(guān)鍵。為了增加器件的光取出效率,把不同的微納米結(jié)構(gòu)引入到器件中來提高器件的外量子效率已成為當前的主流手段。微納米結(jié)構(gòu)根據(jù)形貌又可以分為周期性結(jié)構(gòu)和非周期性結(jié)構(gòu),周期性結(jié)構(gòu)在增強器件出光上更加傾向于增強特定角度的光輸出,而非周期性微納米結(jié)構(gòu)對光線的波長沒有選擇性,通過散射來增強出光。但存在結(jié)構(gòu)無序,粗糙度較大等問題,很容易引起光源霧化。因此在周期性結(jié)構(gòu)和非周期性結(jié)構(gòu)之間找尋不改變器件光譜特性又同時能提高QLED器件出光效率的微納米結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的。本論文利用納米壓印技術(shù)構(gòu)筑了具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的周期性微米結(jié)構(gòu),利用反應(yīng)離子束刻蝕(Reactive Ion Etching,RIE)技術(shù)構(gòu)筑了褶皺的非周期微納米結(jié)構(gòu)以及二者結(jié)合的復(fù)合微納米結(jié)構(gòu)來增強綠光QLED器件出光,在不改變器件本身性質(zhì)的條件下深入研究微納米結(jié)構(gòu)對出光效率的影響。為了系統(tǒng)研究微納米結(jié)構(gòu)增加器件亮度的特性以及器件出光效率提升的原因,選用時域有限差分法(Finite-Difference-Time-Domain,FDTD)對有無微納米結(jié)構(gòu)的QLED器件進行仿真擬合,并通過快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform,FFT)測試微納米結(jié)構(gòu)在可視角度下的觀測特性,結(jié)合實驗結(jié)果闡明微納米結(jié)構(gòu)增強QLED器件出光效率的原因。本論文的研究內(nèi)容分為以下三部分:(1)利用納米壓印技術(shù)結(jié)合反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)構(gòu)筑多種微納米結(jié)構(gòu):采用納米壓印技術(shù)構(gòu)筑光柵結(jié)構(gòu):通過納米壓印技術(shù)得到二維光柵結(jié)構(gòu),采用微貼附在玻璃基底上獲得縱橫方向周期均為700 nm,高度為45 nm的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。采用RIE刻蝕技術(shù)構(gòu)筑褶皺結(jié)構(gòu):通過控制功率大小,調(diào)控RIE刻蝕時間,得到刻蝕10 s時褶皺結(jié)構(gòu)初始高度為35 nm,隨后每10 s增加約15 nm深度的褶皺圖案。采用納米壓印技術(shù)結(jié)合RIE刻蝕技術(shù)構(gòu)筑復(fù)合結(jié)構(gòu):采用納米壓印技術(shù)構(gòu)筑二維光柵結(jié)構(gòu)后,利用微貼附技術(shù)在玻璃基底上獲得網(wǎng)格結(jié)構(gòu),再通過RIE刻蝕,獲得縱橫方向周期均為700 nm,褶皺高度隨刻蝕時間增加的網(wǎng)格復(fù)合褶皺結(jié)構(gòu)。(2)具有高出光效率綠色QLED器件的構(gòu)筑:網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的引入使得基底透過率增加為88.71%,使綠光QLED器件最大亮度由151500 cd/m~2提升至155900 cd/m~2,在觀測度上仍存在角度依賴特性;褶皺結(jié)構(gòu)使得基底透過率增加為88.65%,使得QLED器件的亮度由151000 cd/m~2提升至154900 cd/m~2,EQE由10.52%提升至12.22%,并且在觀測度上趨于朗伯發(fā)射;網(wǎng)格復(fù)合褶皺結(jié)構(gòu)使得基底透過率增加90.48%,使得綠色QLED器件最大亮度由122400 cd/m~2提升至178700cd/m~2,EQE由12.29%提升至17.94%,并且在提高效率的同時,不會對峰位與顯色指數(shù)造成影響,并且大大減少角度依賴性。(3)利用FDTD對有無納米結(jié)構(gòu)的QLED器件進行仿真擬合:通過FDTD軟件建立QLED器件模型,隨后在QLED器件模型基底上建立微納米結(jié)構(gòu),在波長為518 nm的條件下對有無微納米結(jié)構(gòu)的QLED器件進行FDTD模擬。采用偶極子光源進行模擬能較直觀的觀察到光在界面層和空氣間的全反射現(xiàn)象,對比各種模擬結(jié)果均表明,網(wǎng)格復(fù)合褶皺結(jié)構(gòu)使得空氣界面光子增強最為明顯,可以有效的提取多個方向的光子。隨后采用FFT處理微納米結(jié)構(gòu),結(jié)果表明網(wǎng)格復(fù)合褶皺結(jié)構(gòu)不僅在可視角趨近于朗伯發(fā)射,而且對于不同波長的光也具有更大的普適性。
【圖文】：

1.2 量子點發(fā)光器件二極管(QLED)概述1.2.1 QLED 的發(fā)光機制QLED 作為一種新型半導(dǎo)體器件，是當下最受業(yè)內(nèi)關(guān)注的電致發(fā)光器件之一[20-22]。QLED 器件的組成分為：陰極(Cathode)/電子傳輸層(Electron transport layer, ETL)/發(fā)光層(Emitting layer, EML)/空穴傳輸層(Hole transport layer, HTL)/空穴注入層(Hole injectionlayer, HIL)/陽極(Anode)，如圖 1-1(a)所示，器件的功能層多采用旋涂法制備成膜，總厚度僅為納米尺度，屬于薄膜光電器件。量子點發(fā)光二極管是在電壓驅(qū)動下，通過電子和空穴復(fù)合后激發(fā)量子點材料發(fā)光，，這是一種電致發(fā)光(Electroluminescence，EL)現(xiàn)象。量子點發(fā)光的基本原理如圖 1-1(b)所示，在給定電壓下，通常認為是電子和空穴分別從各自電極出發(fā)，通過中間電荷傳輸層注入到 QDs 層發(fā)光。

圖 1-2 (a) QLED 發(fā)光過程光損耗比率圖 (b) 不同厚度電子傳輸層下 QLED 出光損耗分布圖[26]1.3 微納米結(jié)構(gòu)的特性1.3.1 微納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑方法微納米結(jié)構(gòu)，顧名思義就是由微納米級別單元所組成的結(jié)構(gòu)。其構(gòu)筑的方法可大致分為“自上而下”和“自下而上”兩大類[27]。自上而下法是通過外力使母板與樣品直接接觸，從而達到復(fù)制或轉(zhuǎn)印母板結(jié)構(gòu)的目的，常用的手段有刻蝕、光刻以及納米壓印技術(shù)等[28-30]�？涛g技術(shù)是運用物理或化學(xué)的方法，選擇性的在樣品表面進行圖案處理。其分辨率可以不受光學(xué)的波長和電子束散射的影響，能夠在納米尺度下大規(guī)模的構(gòu)筑和轉(zhuǎn)移有序納米結(jié)構(gòu)，圖 1-3(a)為采用刻蝕技術(shù)構(gòu)筑圖案化的 ITO 流程圖。光刻技術(shù)一般是指紫外光透過掩模板照射到具有光敏聚合物的樣品上時，聚合物發(fā)生特定反應(yīng)后微納米結(jié)構(gòu)在樣品上形成的現(xiàn)象�？赏ㄟ^選取不同的模板得到相對應(yīng)的表面結(jié)構(gòu)。光刻技術(shù)的優(yōu)勢在
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN312.8;TB383.1

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 趙小力;董申;于海濤;;軟印刷技術(shù)[J];微納電子技術(shù);2006年01期

本文編號：2633831