有機發(fā)光器件（organic?light-emitting device）具有良好的色彩飽和度、大的可視角度以及低功耗等特點。然而，器件在效率和穩(wěn)定性方面仍然有所欠缺。盡管能夠通過添加磷光材料實現(xiàn)內(nèi)部電荷-光（charge-to-light）的一致轉(zhuǎn)換，其折射率對比度（refractive index contrast）仍然將設(shè)備外可觀測的光子部分降低到了大約25%。
此外，在OLED工作過程中，緩慢衰減的三線態(tài)激子和電荷的局部累積會逐漸降低設(shè)備的亮度（即老化），從而導(dǎo)致所謂的燒屏（burn-in effect）問題。同時提高器件的效率和穩(wěn)定性是OLED技術(shù)上的一大難題。
表面等離子體廣泛存在于金屬與周圍電介質(zhì)的界面處。這些電子沿著金屬表面的集體震蕩會導(dǎo)致極大的電場以及在可見和紅外光區(qū)域衰變率的一個量級上的提高。然而，這種耦合通常被認為是會降低OLED器件性能的。
無線風(fēng)光在險峰！美國環(huán)宇顯示技術(shù)股份有限公司（Universal display corporation）的研究人員Nicholas J. Thompson等人反其道而行之，利用了等離子體系統(tǒng)的衰變率提升效應(yīng)，采用基于納米粒子外耦合的方案從等離子振蕩模中提取能量，制備了高效且穩(wěn)定的OLED器件。對比實驗顯示，在相同的發(fā)光強度下，改進后的器件的工作穩(wěn)定性提升了兩倍，理想情況下能達到4倍的提升。這種普適性的提高OLED器件穩(wěn)定性的方法對目前采用OLED技術(shù)的照明、電視、手機顯示屏都適用。
【器件結(jié)構(gòu)設(shè)計】
通常情況下，由于淬滅的激子能量以熱的形式耗散，OLED器件金屬電極的非輻射表面等離子振蕩模被認為是一種損耗。迄今為止大部分工作都致力于最小化這種損耗。而作者有意將OLED器件陰極的表面等離子振蕩模與能量耦合，從而降低器件中激發(fā)態(tài)的瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)激子密度。作者以采用磷光發(fā)射物質(zhì)Ir(ppy)3的OLED器件作為樣品（圖1a），發(fā)光層與銀（Ag）陰極距離不足20 nm，以實現(xiàn)與表面等離子振蕩模的耦合，進而提高衰變速率常數(shù)（decay rate constant）。隨后。在介電層上制備的銀納米立方體（圖1b）能夠與頂部發(fā)出的光進行外耦合（out-couple），作者將該器件稱之為基于等離子納米貼片天線（plasmon nanopatch antenna, plasmon NPA）的有機發(fā)光設(shè)備。
【發(fā)光壽命測試】
在電流為80?mA cm-2的加速的恒流老化測試中，這種NPA器件的工作穩(wěn)定性比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相似的有機磷光發(fā)光設(shè)備（OLED incorporating organic phosphors, PHOLED）提升了約三倍（圖2a）。圖2的外部量子效率（external quantum efficiency）測試可以看出，傳統(tǒng)PHOLED的外部量子效率在10 mA cm-2時為13%，這是建立在他們僅能單面發(fā)光的情況下（一側(cè)為透明電極，一側(cè)為不透明電極）。而NPA器件能夠?qū)崿F(xiàn)頂部和底部共同發(fā)光（底部為透明電極發(fā)光BE emission，頂部為表面等離子振蕩模提供的能量被轉(zhuǎn)換為光子發(fā)光TE emission）。在高電流密度條件下，NPA器件比傳統(tǒng)器件的維持的更好，這可能是由于多粒子間的相互作用，包括三線態(tài)-三線態(tài)湮滅（triplet-triplet annihilation）、三線態(tài)-極子湮滅（triplet-polaron annihilation）等。此外，瞬態(tài)熒光測試（圖2c）NPA器件的衰變時間更短，僅為267 ns（兩個對比器件分別為404與521 ns），這可能導(dǎo)致了器件中三線態(tài)激子濃度的下降，從而表現(xiàn)出較低的外部量子效率。
【光學(xué)特性模擬與測試】
作者還對具備銀納米立方體貼片天線的器件（圖3a左）和不具備銀納米立方體的器件（圖3a右）在525 nm處的電場強度進行了模擬，結(jié)果顯示具備銀納米立方體貼片天線的器件在空氣中的電場強度更高，證實了該結(jié)構(gòu)在光增強中起著主導(dǎo)作用。NPA器件的總外部量子效率為13%（頂部發(fā)射+底部發(fā)射），與對比設(shè)備相似。圖3b為NPA器件的外耦合光譜，由于與Ir(ppy)3的發(fā)射光譜有所偏移，導(dǎo)致了外耦合效率的降低。如果能夠100%重疊且所有激子都能夠參與耦合，預(yù)計將達到約20%的頂部發(fā)射外部量子效率。
最后，作者指出，在僅使用頂部發(fā)射光源的情況下，NPA器件能夠連續(xù)142小時提供高達10 000 坎德拉每平方米（cd-2）的光強，約為對比器件（78小時）的兩倍。如果能夠?qū)㈨敳颗c底部發(fā)射光都用于耦合，器件壽命將達到363小時。
總結(jié)：作者展示了通過表面等離子耦合提高衰變率來增強OLED發(fā)光穩(wěn)定性的方法。并在實驗中觀察到了近4倍的壽命增加。這種一直被認為是有害的方法為OLED的設(shè)計提供了新的思路，大大推動了低成本照明、高亮度顯示以及藍光有機磷光發(fā)光設(shè)備的發(fā)展。
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