圖案化PEDOT-PSS制備及其在量子點發(fā)光二極管中的應用.pdf

1、相比有機發(fā)光器件，量子點發(fā)光二極管（QLED）在色彩顯示方面具有亮度高、色度純、壽命長等優(yōu)異性能，在制備流程方面具有工藝簡單、成本低廉、操作穩(wěn)定性佳等優(yōu)異表現(xiàn)，繼LCD電視取代CRT電視以后，QLED是最有望取代LCD開啟顯示領域產(chǎn)業(yè)革命的高科技產(chǎn)品之一。由于嚴重的內(nèi)部全反射致使QLED效率低下，這是目前限制QLED實現(xiàn)商業(yè)化的一個主要因素。眾多研究表明，當合適周期的微納陣列結(jié)構(gòu)加入到這種“三明治”結(jié)構(gòu)的光電器件中以后，如蛾眼結(jié)構(gòu)、光子

2、晶體、微透鏡陣列和各種一維、二維微納圖案等，其光取出效率均有了大幅度提升。目前的微納結(jié)構(gòu)加工手段有傳統(tǒng)光刻技術、電子束直寫技術、聚焦離子束刻蝕技術和納米壓印技術等，光刻技術存在極限分辨率，電子束直寫技術則產(chǎn)能過低，而納米壓印可實現(xiàn)大面積、低成本和高產(chǎn)量的微納結(jié)構(gòu)制備，對QLED性能提升而言是一種合適的選擇。
　　PEDOT:PSS水溶液旋涂成膜電導率高，可見光區(qū)透光率高，是QLED中常用的空穴傳輸層材料，其大氣環(huán)境下可穩(wěn)定存在，相

3、較其它層而言便于微納加工，故此我們選擇了PEDOT:PSS作為圖案化膜層。由于PEDOT:PSS本身特性并不復合傳統(tǒng)納米壓印技術要求，本文以納米壓印為基礎，同時結(jié)合反應離子束刻蝕和丙三醇修飾分別提出了兩種PEDOT:PSS圖案化技術，并將圖案化的PEDOT:PSS陣列結(jié)構(gòu)應用到QLED器件，用以探究結(jié)構(gòu)的引入對器件光電特性的影響。同時，為解決納米壓印中模板昂貴的問題，我們利用二次壓印理念通過單一模板制備多種結(jié)構(gòu)，并通過模板轉(zhuǎn)移獲取多結(jié)構(gòu)

4、PDMS模板用于PEDOT:PSS壓印試驗。實驗的具體工作分為以下三個方面：
　　一、利用單一模板制備多結(jié)構(gòu) PMMA圖案：為使用單一光柵模板獲得盡可能多樣式的圖案，我們首先進了二次模板壓印，即通過標準熱壓印技術獲得一維 PMMA光柵結(jié)構(gòu)，而后剝離并將模板旋轉(zhuǎn)一定角度進行二次壓印，通過工藝溫度和壓力以及模板旋轉(zhuǎn)角度的調(diào)控獲得形貌規(guī)則的二維菱形結(jié)構(gòu)。另外在一次壓印后，我們利用平面硅片對樣品進行二次平板壓印，控制壓印時間為單一變量，則

5、光柵結(jié)構(gòu)的線條寬度隨壓印時間的延長而逐漸變寬。實驗證明，二次平板壓印過程中如果模板與樣品貼合不緊密，則PMMA條帶結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)畸變，且畸變量與溫度具有正相關性。
　　二、利用納米壓印結(jié)合反應離子束刻蝕制備PEDOT:PSS微納結(jié)構(gòu)及其QLED應用：利用納米壓印技術實現(xiàn)PEDOT:PSS圖案化制備，結(jié)合反應離子束刻蝕實現(xiàn)結(jié)構(gòu)高度的精確控制。將PEDOT:PSS圖案化結(jié)構(gòu)引入到綠光器件，實驗結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)的引入并不會改變器件的電致光譜峰

6、位，且綠色QLED器件最大亮度由12760 cd/m2提升至16030 cd/m2，提升25％，最大電流效率由4.19 cd/A提升至6.74 cd/A，提升60%。紅色QLED器件最大亮度由12610 cd/m2提升到了17810 cd/m2，其最大電源效率由原來的1.38 cd/A增加到現(xiàn)在的3.82 cd/A。模擬計算結(jié)果符合實驗結(jié)論。
　　三、PEDOT:PSS/丙三醇的圖案化構(gòu)筑及其QLED應用：針對PEDOT:PSS不

7、具備玻璃化溫度和粘度過大問題，我們使用丙三醇作為增塑劑添加到PEDOT:PSS水溶液中，使其旋涂成膜后具有一定的可塑性，這種性質(zhì)促使 PEDOT:PSS/丙三醇混合薄膜能夠利用低溫壓印實現(xiàn)圖案化。隨后我們詳細討論了丙三醇摻雜量、壓印工藝壓力以及后期退火處理對PEDOT:PSS結(jié)構(gòu)的影響。將750 nm周期的G-PEDOT:PSS圖案化光柵結(jié)構(gòu)引入到綠光QLED器件，結(jié)果顯示其最大亮度為68400 cd/m2，最大電流效率為15.72 c