全新方法提升OLED發光效率

意大利研究人員正探索如何利用高k聚合物作為閘極電介質，打造出發光效率能像有機晶體管一樣倍增的新型有機發光組件。

這項研究就發表在《Photonics Letter》的「以高k電介質打造高效率紅光有機發光晶體管(OLET)」(Highly Efficient Red Organic Light-Emitting Transistors (OLETs) on High kDielectric)一文中。

對于采用有機材料(OLED、太陽能電池、塑料內存)的其他電子組件，有機發光晶體管(OLET)有助于以更簡單的制程降低整體的制造成本，同時提高機械的靈活度。但是，由于OLET既可作為薄膜晶體，同時還能在適當的偏置下作為發射器，因而特別用于背板和有機堆棧結構簡單的平面顯示器設計——所需的有機層較一般OLED更少)。

導通狀態下的 紅光OLET

研究人員在文中比較各種三層紅光OLET堆棧，這些堆棧僅以閘極和活性材料之間使用的有機電介質類型加以。其中一個堆棧包含n型有機半導體(用于電子傳輸層)源極與與汲極電極、用于發光的復合層以及p型電洞傳輸層，透過高k電介質或低k電介質層，得以分離其閘電極(玻璃基板上ITO)與活性材料。

三層OLET組件示意圖

研究人員選擇了三層架構(以復合層隔離n型和p型半導體)，希望能大幅消除由于與電荷相互作用而引起的激子淬熄(exciton-quenching)效應。研究人員指出，隔離層還可進行雙極電荷傳輸，由于電子—電洞均衡而使激子復合最大化。

由于研究人員所設計的OLET在復合層使用特定的主客矩陣系統，因而可在大約626nm的可見光譜范圍發光。在實驗中，研究人員分別為閘極電介質與相對電容率(PMMA)，以450nm厚的高k聚合物制造OLED。

整個異質結構的能級圖。

電介層可能是PMMA (參考聚合物平臺)或高k聚合物(P(VDF-TrFE-CFE))。其活性區域是由夾在(底部) P型與(頂部) n型有機半導體層之間的TCTA 與Ir(piq)3 (20%)混合物構成。

研究人員發現，當VGS掃描達-20V時，幾乎無法導通PMMA-OLET(只有很少的汲源電流且不發光)，基于高k的OLET因而能以較低偏置驅動(光輸出約17μW，在-3V閘極偏壓下的整體外部量子效率低于4%)。事實上，PMMA-OLET僅能在100V時達到完全導通狀態。

為了解釋其研究結果，研究人員比較其作為活性區域堆棧的三層OLET組件，以及形成相反極性的2平行有機薄膜晶體管(TFT)。

「在p型ID-VG掃描期間，光在兩個電壓區域中發射：第一個只有p型OTFT運作，而在第二個區域，兩個OTFT均處于導通狀態，使電荷載子密度均衡，」研究人員提到。

較低偏壓(使用高k聚合物作為閘極電介質時)的另一個好處是電場較低，組件上的應力較小，因而較其PMMA的競爭組件更能延長使用壽命。