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《北京交通大学》 2017年
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基于量子点的电致发光器件关键技术研究

马航  
【摘要】:量子点作为一种无机半导体材料,具有发光光谱窄、色纯度高、光化学稳定性好,以及发光颜色可通过调节粒径大小实现等优点,在电致发光器件方面具有巨大的应用价值。基于量子点的发光二极管(quantum dot light-emitting diodes,QLED)是一种以量子点作为发光层的电致发光器件,与有机发光二极管(organic light-emitting diodes,OLED)相比有很大的优越性,在显示设备领域得到了越来越广泛的应用。论文以提高QLED器件性能为研究目标,在对QLED器件结构、工作机理、制备工艺进行理论分析和实验研究的基础上,深入探讨了量子点电致发光器件的结构性能关系等关键技术问题。从提高量子点电致发光器件的发光性能出发,在结构设计、功能层厚度确定、载流子注入平衡、器件效率等方面展开了广泛而深入的研究。论文的主要工作和创新如下:1.建立了双层及改进型双层结构的QLED器件载流子注入和复合发光模型。仿真分析了空穴传输层(hole transport layer,HTL)厚度和量子点层厚度之比对器件电流密度的影响,以及改进型双层结构QLED器件复合电流密度和复合效率与驱动电压之间的关系。得到了当HTL厚度和量子点层厚度之比为3:2时,改进型器件的载流子复合效率最高的结果。2.建立了三层结构QLED器件载流子注入模型。通过引入电子传输层(electron transport layer,ETL),仿真分析了 HTL和ETL厚度之比对器件注入电流密度的影响。得到了当HTL和ETL厚度之比在小于2的范围内,空穴和电子在量子点层的复合效率最高的结果。3.利用 Fowler-Nordheim(F-N)注入和空间电荷限制电流(space-charge limited current,SCLC)模型,仿真分析了不同电子传输层材料,以及不同空穴传输层材料的三层结构QLED器件内部载流子在量子点层的注入电流密度,确定了各功能层的理论最优厚度。发现了器件在工作时,存在转变电压的现象。4.研究了 QLED器件的制备工艺,系统分析了真空蒸镀法和溶液旋涂法在有机、无机和金属薄膜制备过程中的优缺点。研究了 QLED器件的失效机理,确定了制备QLED器件的最佳工艺。5.研究了功能层厚度对QLED器件性能的影响。制备了不同厚度HTL、ETL和电子阻挡层(electron block layer,EBL)的QLED器件。得到了不同功能层厚度与电流密度、电流效率和光谱之间的关系,验证了仿真分析的可行性。制备了红绿量子点混合作为发光层的QLED器件,得到了分层旋涂量子点优于混合旋涂量子点的器件性能的结果。6.将压电薄膜聚偏氟乙烯(PVDF)引入到QLED器件结构中,制备了基于不同厚度PVDF薄膜的QLED器件。得到了 PVDF薄膜作为修饰层,可以提高器件电流密度、亮度和电流效率的结果。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN383.1

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