经过三十年的研究和发展,OLED(Organic Light Emitting Diodes,有机发光二极管)逐渐由基础研究走向应用,但离大规模应用还有一定的距离。本论文着眼于OLED出光效率的增强,进行理论和实验的探索,主要内容包括:第1章:简述了OLED研究的发展历史及重要的应用前景,介绍了OLED的器件物理基础问题、目前OLED器件研究中存在的问题和改善OLED发光效率的方法、顶发射OLED器件及透明OLED器件的重要应用及研究热点问题等。第2章:主要研究OLED中近场激子辐射产生损耗的机理,重点阐述了SPPs(SurfacePlasmon Polaritons,表面等离子体激元)损耗的特点,对能量损耗被恢复的可能性进行实验研究。首先,通过表面等离子激元的经典推导过程,对远场光在单一界面上和介质/金属薄膜/介质(DMD)结构上产生SPPs的本质、产生原因、激发方法等进行理论研究。同时提出,因为近场区域辐射场包括了所有的波矢,所以OLED中的激子近场辐射能引起金属电极上的SPPs。SPPs是一种损耗模式,在OLED中必然会降低器件发光效率。其次,对光致发光近场偶极子辐射与金属表面相互耦合作用进行实验研究。采用介质覆盖一定厚度的半透明金属薄膜另一侧出光面表面(这里采用甘油粘连半圆PMMA透镜的方法)来研究近场光中损耗到SPP中的能量在金属薄膜两侧的耦合问题。我们发现,近场光中损耗到SPP中的能量可以被有效地从金属薄膜的一边耦合到另一边,并通过透镜形成增强的出射光。该耦合效应可以应用在金属薄膜作为半透明电极的顶发射器件中用来增强OLED光对金属薄膜电极的穿透效率从而增强出光效率。采用光栅结构金属薄膜配以有机覆盖层对近场发光增透的光谱角度特性进行实验研究,结果表明,损耗到SPP中的能量的确被耦合散射出来;覆盖层的厚度存在一个优化值。最后,根据CPS(R.R.Chance,A.Prock,R.Silbey)理论,研究OLED中的光学损耗,包括SPPs、波导效应、内全反射等,重点研究SPPs损耗及其来源的物理机制。对底发射器件的仿真计算分析和实验研究表明,SPPs损耗的比例相当大,这是目前OLED器件外量子效率低下的一个重要原因。SPPs损耗的来源,归根到底是来源于金属材料负的介电常数。原则上可以通过调整发光层厚度,使spp损耗降到最低并且兼顾其他损耗也得到优化。实验测试结果与仿真结果的趋势一致。对spp损耗机理的研究,为增强oled发光效率提供了理论依据。第3章:采用了制造成本相对低廉的纳米压印工艺制备微结构的方法在底发射器件中引入光栅结构,主要观察在光栅结构反射金属ag阴极内表面引入光栅后对器件效率的影响,并研究光谱角度特性和偏振特性,对出现的现象进行理论分析。测试结果表明,相对于平面结构器件,反射阴极金属ag光栅结构底发射oled器件的电流效率得到了增强。通过角度依赖特性和偏振特性测试,我们发现电流效率增加了24%,10%归因于spps能量恢复,14%归因于波导损耗能量恢复。效率的增加是由于微结构对spps的bragg散射作用降低了波矢量从而恢复出光,同时也减少了波导能量损耗。该纳米压印软模板制备光栅结构oled的制程非常简单,效率得到增强。第4章:采用层叠al/ag电极作为顶发射oled器件的阳极,来研究它对oled器件制备中银作阳极非常容易短路的问题的克服及原因;并采用al作阳极制备器件进行比较研究。对顶发射器件中存在的微腔效应采用薄膜光学传输矩阵方法、光学腔增益理论进行一系列理论仿真,并进行器件制备。对出光光谱形态,出光角度特性进行测试研究。该方法解决了oled器件研究中银作阳极容易短路的棘手问题;同时指出,ag膜对玻璃表面的浸润差,造成表面形态粗糙,引起尖端放电导致器件短路失效;al膜对玻璃表面浸润良好。层叠al/ag电极能够解决短路问题,是由于银在铝表面的浸润性能良好,导致其结晶状态优异,薄膜形貌非常平滑,从而克服了尖端放电导致的短路现象。相对于铝作阳极的器件而言,层叠铝银电极的反射率高,其制备的器件性能得到了提升。第5章:对顶发射半透明金属阴极出光面采用有机介质覆盖层来增强器件效率进行理论计算仿真和实验研究、优化覆盖层厚度,并与无覆盖层器件进行比较。制备不同光色的器件来进行比较研究,测试包括器件效率、出光光谱形态、出光角度特性、出光偏振特性等。结合光学薄膜理论和电偶极近场辐射理论,进行理论分析。当金属阴极两侧介质的有效介电常数最匹配的时候量子效率达到最大值。结合电偶极近场辐射理论,基于功率耗散谱和功率耗散图,通过数值计算仿真,我们解释了器件量子效率增强源于4个因素:增加的阴极金属透光率、变化的微腔增益、金属阴极两侧表面等离子体耦合、粗糙表面对SPPs的散射。该方法制程简单易行,成本低廉,对显示应用的商业化生产非常重要。采用阴极金属覆盖层和低反射金属Sm作为半透明金属阴极内嵌层,能使器件出光角度特性得到改善。第6章:考虑制备成本方面的因素,我们采用在衬底上形成光栅结构然后在此之上制备光栅结构的顶发射OLED器件来研究它对器件出光特性的影响及机理。测试包括器件效率、出光光谱形态、出光角度特性、偏振特性等。结合光学薄膜理论和电偶极近场辐射理论,进行理论分析。测试结果表明,器件的整体发光效率不但没有增加,反而下降了;只有在采用比较厚的透射金属Ag电极时,器件效率有些微的增加,但此时发光效率的绝对值已经非常低,并没有实际应用价值。这是因为,尽管采用光栅结构可以将部分近场损耗的SPP和波导能量恢复出来,但此时微腔效应不能有效形成,所以整体效果反而下降。角度谱测试和偏振谱测试都表明,SPP能量的确被部分恢复出来了;实验测试证明,尽管整体发光效率没有增加,但光栅结构可以使出光效率增加。对不同发光波长的OLED出光增强的影响因素有两个:光栅的周期和衍射效率(决定于光栅的槽深)。进一步的讨论认为,还有另外一个因素也制约了器件效率增加。近场光出光时与光栅结构阴极金属膜上下表面相互作用时存在的相位差,使出光发生了部分相消作用。但无论是平面器件还是光栅器件,在存在覆盖层的情形下,器件出光效率都得到了增强,说明上下表面等离子体发生了有效耦合。第7章:由于银作玻璃衬底上半透明阳极容易造成OLED器件短路,采用ReO3缓冲层覆盖银电极来解决该问题;并对器件两侧透明发光的均匀性进行表征测试。研究表明,由于其较高的导电能力,平缓了粗糙银膜的局部电场强度,从而克服了尖端放电导致的短路现象;两侧出光强度相差不大。该方法在同一蒸发过程中完成,制程简单易行,降低了成本;最主要的就是免去了溅射ITO的繁琐流程,也给工业化生产提供了一个有效的途径,非常具有借鉴意义。