智能透明有機(jī)白光照明器件

本研究主要通過對電致變色玻璃、透明電極及OLED結(jié)構(gòu)的研發(fā)，制作智能發(fā)光器件。智能玻璃并不是最新的技術(shù)，但從未被應(yīng)用于OLED。我們把基于PEDOT的電致變色玻璃被用作智能發(fā)光器件基底，用于調(diào)節(jié)發(fā)光方向。使得在OLED關(guān)閉時(shí)，玻璃呈現(xiàn)透明；OLED工作時(shí)，既可實(shí)現(xiàn)雙面發(fā)光，也可調(diào)控為頂發(fā)射單面發(fā)光。這項(xiàng)研究十分具有吸引力。直到如今，鮮有人報(bào)道討論智能玻璃在OLED上的應(yīng)用。基于目前的研究，本實(shí)驗(yàn)擬使用高分子離子液體和PEDOT分別作為離子傳導(dǎo)分離器和電極，構(gòu)造一個(gè)由聚合物構(gòu)成的有機(jī)電致變色發(fā)光器件（ECD）。因此，本實(shí)驗(yàn)首先研制新的非揮發(fā)性和高離子導(dǎo)電性的固體傳導(dǎo)材料的。合成實(shí)驗(yàn)分三步進(jìn)行，在惰性氣體環(huán)境中，由3,4-亞乙基的0.1 M的Li（CF3SO2）2N無水乙腈的溶液反應(yīng)制得，再進(jìn)一步聚合。PEDOT薄膜由電化學(xué)聚合制備，使用Ag/ AgCl 和鉑片作為參考電極和對電極。設(shè)計(jì)如下電致變色發(fā)光器件結(jié)構(gòu)，ITO玻璃上生成90 nm PEDOT，刮涂0.5 μm的聚合離子液體，最后覆蓋上另一片附著90 nm PEDOT的ITO玻璃，得到一個(gè)全固態(tài)的智能玻璃器件。另外，運(yùn)用鎂銀合金作為透明電極，分別制作半透明綠光、白光OLED器件，當(dāng)玻璃變得高度不透明，器件頂發(fā)射電流效率顯著提高亮度，大約可以增加兩倍。對于綠色OLED設(shè)備，電流效率從9.5 cd/A增加到19 cd/A。對于白色OLED設(shè)備，它從7.5 cd/A增加到15.5 cd/A。在這個(gè)研究的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步研究了無機(jī)物WO3的電致變色器件。最終通過電壓調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)透過率15%的變化。與綠光OLED相結(jié)合后測試可得，對電流效率及亮度的調(diào)節(jié)程度相比于PEDOT，性能表現(xiàn)較差。 本工作第一次成功結(jié)合了電致變色玻璃與有機(jī)發(fā)光二極管(OLEDs)，制備出智能有機(jī)發(fā)光器件。在外部施加電壓時(shí)，玻璃的顏色由淡藍(lán)色變?yōu)樯钏{(lán)色。因此，利用這種著色和褪色的玻璃基板可以調(diào)節(jié)OLED的發(fā)光方向。例如，在白天，窗戶透明時(shí)房間可以充滿舒適的自然光線并且欣賞到室外美麗的風(fēng)景，必要時(shí)，附著在窗戶上的透明OLED將提供照明。我們相信，智能玻璃和OLED的組合將為未來OLED照明應(yīng)用帶來一個(gè)新的概念。 2100433B

透明白光OLED照明是富有創(chuàng)意的固態(tài)照明技術(shù)。它可用作建筑物窗戶、汽車天窗及辦公室玻璃隔墻照明，一方面為人們提供窗外舒適自然光或優(yōu)越空間感，另一方面還提供新型裝飾照明。然而，對于通常的透明OLED光源，光線會(huì)從面板兩面同時(shí)發(fā)出。在大多數(shù)只需單面照明的情況下，這樣會(huì)導(dǎo)致50%的光被損耗掉，從而造成光污染和能源浪費(fèi)。因此，如能把雙面發(fā)光變成單面發(fā)光，透明白光器件的效率就可馬上提高一倍。本項(xiàng)目擬采用電致變色玻璃為OLED 襯底來調(diào)控透明OLED的發(fā)光方向，使之由兩面發(fā)光變?yōu)閱蚊姘l(fā)光。即在OLED 關(guān)閉時(shí)，玻璃呈現(xiàn)透明；OLED工作時(shí)，既可實(shí)現(xiàn)雙面發(fā)光，又可調(diào)控為頂發(fā)射單面發(fā)光。本項(xiàng)目擬將電致變色技術(shù)、OLED疊層技術(shù)和新型透明陽極技術(shù)集于一體，力求制備出功率效率達(dá)25 lm/W、整體透光率達(dá)60%的智能白光OLED 照明器件，從而加深對透明OLED的理解，為我國OLED照明產(chǎn)業(yè)化提供重要技術(shù)。

白光有機(jī)電致發(fā)光器件(WOLED)作為照明器件具有綠色、面光源的特點(diǎn)，同時(shí)具有纖細(xì)輕巧耐用的構(gòu)型，可以與作為點(diǎn)光源的無機(jī)LED形成互補(bǔ)，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，因而WOLED用于照明方面的研究受到國際上廣泛的關(guān)注。吉林大學(xué)、華南理工大學(xué)以及蘇州大學(xué)在國家自然科學(xué)基金委資助下，開展了有機(jī)白光照明器件及其關(guān)鍵物理問題研究，取得了如下研究成果：(1)利用自主合成的黃光磷光材料和新型陽極界面修飾技術(shù)，獲得了前向功率效率為37 lm/W的聚合物白光器件，為目前文獻(xiàn)公開報(bào)道的聚合物白光器件中的最好水平；(2)開發(fā)出全國第一臺(tái)基于印刷型的4英寸白光OLED照明燈；(3)闡明了在磷光熒光結(jié)合型白光OLED中，熒光藍(lán)光發(fā)光層的載流子傳輸特性對器件效率滾降的影響，器件前向功率效率達(dá)14.1 lm/W@1000 cd/m2，處于同期國內(nèi)領(lǐng)先水平。提出結(jié)合磷光藍(lán)光和熒光藍(lán)光發(fā)光層的白光器件結(jié)構(gòu)，在1000 cd/m2亮度下，前向功率效率為28.3 lm/W (總功率效率56 lm/W)，達(dá)到同期國內(nèi)領(lǐng)先水平。并申請發(fā)明專利一項(xiàng)；(4)提出金屬介質(zhì)多層膜電極結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多峰共振的頂發(fā)射白光器件；提出Ag/Ge/Ag復(fù)合陰極結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了光譜角度特性穩(wěn)定的頂發(fā)射白光器件。器件性能達(dá)到同期國際領(lǐng)先水平；(5)制備了一系列高顯色指數(shù)白光器件：采用POAPF為母體，制備了具有雙極傳輸同質(zhì)結(jié)發(fā)光層的三基色白光器件，Ra=82，R9=75，在1000 cd/m2亮度下前向功率效率為15 lm/W；采用新型的深紅磷光發(fā)光材料，制備了四色白光OLED，Ra=96，R9=91，在1000 cd/m2亮度下前向功率效率為7.9 lm/W。器件綜合性能(顏色質(zhì)量和效率)達(dá)到國際領(lǐng)先水平；(6)研究了疊層OLED中基于過渡金屬氧化物(TMO)內(nèi)部連接層的電荷產(chǎn)生和分離機(jī)制，提出了基于TMO的內(nèi)部連接層的電場輔助電荷產(chǎn)生和分離新機(jī)制。 本課題發(fā)表學(xué)術(shù)論文85篇，其中SCI收錄78篇(影響因子大于3論文50篇)、EI/ISTP收錄3篇，被SCI他引300余次；申請發(fā)明專利12項(xiàng)；獲吉林省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。培養(yǎng)了一批人才隊(duì)伍，1人入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃，1人入選江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)計(jì)劃”第三層次培養(yǎng)對象，1人獲青年973首席科學(xué)家，培養(yǎng)博士研究生4名，碩士研究生17名，一人獲江蘇省優(yōu)秀碩士論文。

白光OLED作為照明器件具有綠色、面光源的特點(diǎn)，同時(shí)具有纖細(xì)輕巧耐用的構(gòu)型，可以與作為點(diǎn)光源的無機(jī)LED形成互補(bǔ)，發(fā)揮各自的優(yōu)勢；近年來白光OLED取得了突破性進(jìn)展，但其綜合性能距照明應(yīng)用還有較大差距，還需從材料合成和器件物理出發(fā)，開拓新的思路，合成高性能新型用于白光照明器件的材料，設(shè)計(jì)和制備新結(jié)構(gòu)器件并進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。本項(xiàng)目將充分利用已有的工作基礎(chǔ)，主要從器件物理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，以具有紅綠藍(lán)發(fā)光層的磷光/熒光結(jié)合型疊層白光器件以及低成本印刷型聚合物照明器件關(guān)鍵材料和制備技術(shù)為研究重點(diǎn)，研究超熒光藍(lán)光發(fā)射機(jī)理和有機(jī)半導(dǎo)體摻雜技術(shù)及物理，研究白光器件效率衰降機(jī)理，研究提高器件光取出效率和穩(wěn)定性的方法，希望通過本項(xiàng)目的實(shí)施，力爭在有機(jī)白光照明器件所涉及器件結(jié)構(gòu)、工藝、制造成本等關(guān)鍵物理與技術(shù)問題上有所突破，為我國自主創(chuàng)新的白光有機(jī)照明研究與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

目前聚合物電致白光器件的發(fā)光效率已經(jīng)超過傳統(tǒng)的白熾燈，可作為新一代半導(dǎo)體照明光源，具有巨大的應(yīng)用前景。針對目前聚合物白光器件效率較小分子器件低的現(xiàn)狀，圍繞影響聚合物白光器件的性能的關(guān)鍵問題和技術(shù)難題，分別從材料體系和器件結(jié)構(gòu)角度進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，以全磷光型器件和深藍(lán)聚合物基磷光熒光混合型器件為研究重點(diǎn)，運(yùn)用基于有機(jī)半導(dǎo)體摻雜和過渡金屬層的pin器件結(jié)構(gòu)，結(jié)合色度學(xué)的基本原理，綜合優(yōu)化發(fā)光層的組分構(gòu)成及其光視效能，優(yōu)化載流子的注入和平衡輸運(yùn)，抑制漏電流的損耗，探索增強(qiáng)聚合物電致白光器件效率的新方法和新途徑。本研究還致力于解決共軛聚合物材料由于受其三線態(tài)能級的影響，往往對客體材料激發(fā)態(tài)造成淬滅，難以用作藍(lán)光/白光器件主體材料的難題，研究制備基于共軛聚合物主體材料的白光器件的新方案。同時(shí)，還利用水/醇溶性的共軛聚合物和高功函數(shù)金屬制備疊層器件載流子產(chǎn)生層, 為實(shí)現(xiàn)高效疊層式器件做出有益的嘗試。