智能透明有機白光照明器件結題摘要

本研究主要通過對電致變色玻璃、透明電極及OLED結構的研發(fā)，制作智能發(fā)光器件。智能玻璃并不是最新的技術，但從未被應用于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，用于調節(jié)發(fā)光方向。使得在OLED關閉時，玻璃呈現透明；OLED工作時，既可實現雙面發(fā)光，也可調控為頂發(fā)射單面發(fā)光。這項研究十分具有吸引力。直到如今，鮮有人報道討論智能玻璃在OLED上的應用?；谀壳暗难芯?，本實驗擬使用高分子離子液體和PEDOT分別作為離子傳導分離器和電極，構造一個由聚合物構成的有機電致變色發(fā)光器件（ECD）。因此，本實驗首先研制新的非揮發(fā)性和高離子導電性的固體傳導材料的。合成實驗分三步進行，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制得，再進一步聚合。PEDOT薄膜由電化學聚合制備，使用Ag/ AgCl 和鉑片作為參考電極和對電極。設計如下電致變色發(fā)光器件結構，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，得到一個全固態(tài)的智能玻璃器件。另外，運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設備，電流效率從9.5 cd/A增加到19 cd/A。對于白色OLED設備，它從7.5 cd/A增加到15.5 cd/A。在這個研究的基礎上，我們進一步研究了無機物WO3的電致變色器件。最終通過電壓調節(jié)，實現透過率15%的變化。與綠光OLED相結合后測試可得，對電流效率及亮度的調節(jié)程度相比于PEDOT，性能表現較差。 本工作第一次成功結合了電致變色玻璃與有機發(fā)光二極管(OLEDs)，制備出智能有機發(fā)光器件。在外部施加電壓時，玻璃的顏色由淡藍色變?yōu)樯钏{色。因此，利用這種著色和褪色的玻璃基板可以調節(jié)OLED的發(fā)光方向。例如，在白天，窗戶透明時房間可以充滿舒適的自然光線并且欣賞到室外美麗的風景，必要時，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照明應用帶來一個新的概念。 2100433B

透明白光OLED照明是富有創(chuàng)意的固態(tài)照明技術。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，光線會從面板兩面同時發(fā)出。在大多數只需單面照明的情況下，這樣會導致50%的光被損耗掉，從而造成光污染和能源浪費。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。本項目擬采用電致變色玻璃為OLED 襯底來調控透明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 關閉時，玻璃呈現透明；OLED工作時，既可實現雙面發(fā)光，又可調控為頂發(fā)射單面發(fā)光。本項目擬將電致變色技術、OLED疊層技術和新型透明陽極技術集于一體，力求制備出功率效率達25 lm/W、整體透光率達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照明產業(yè)化提供重要技術。

白光有機電致發(fā)光器件(WOLED)作為照明器件具有綠色、面光源的特點，同時具有纖細輕巧耐用的構型，可以與作為點光源的無機LED形成互補，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注。吉林大學、華南理工大學以及蘇州大學在國家自然科學基金委資助下，開展了有機白光照明器件及其關鍵物理問題研究，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，獲得了前向功率效率為37 lm/W的聚合物白光器件，為目前文獻公開報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合型白光OLED中，熒光藍光發(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14.1 lm/W@1000 cd/m2，處于同期國內領先水平。提出結合磷光藍光和熒光藍光發(fā)光層的白光器件結構，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)，達到同期國內領先水平。并申請發(fā)明專利一項；(4)提出金屬介質多層膜電極結構，實現了多峰共振的頂發(fā)射白光器件；提出Ag/Ge/Ag復合陰極結構，實現了光譜角度特性穩(wěn)定的頂發(fā)射白光器件。器件性能達到同期國際領先水平；(5)制備了一系列高顯色指數白光器件：采用POAPF為母體，制備了具有雙極傳輸同質結發(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(顏色質量和效率)達到國際領先水平；(6)研究了疊層OLED中基于過渡金屬氧化物(TMO)內部連接層的電荷產生和分離機制，提出了基于TMO的內部連接層的電場輔助電荷產生和分離新機制。 本課題發(fā)表學術論文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；獲吉林省科技進步獎一等獎1項。培養(yǎng)了一批人才隊伍，1人入選教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃，1人入選江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)計劃”第三層次培養(yǎng)對象，1人獲青年973首席科學家，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，同時具有纖細輕巧耐用的構型，可以與作為點光源的無機LED形成互補，發(fā)揮各自的優(yōu)勢；近年來白光OLED取得了突破性進展，但其綜合性能距照明應用還有較大差距，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，設計和制備新結構器件并進行深入系統(tǒng)的研究。本項目將充分利用已有的工作基礎，主要從器件物理與結構設計角度進行深入系統(tǒng)的研究，以具有紅綠藍發(fā)光層的磷光/熒光結合型疊層白光器件以及低成本印刷型聚合物照明器件關鍵材料和制備技術為研究重點，研究超熒光藍光發(fā)射機理和有機半導體摻雜技術及物理，研究白光器件效率衰降機理，研究提高器件光取出效率和穩(wěn)定性的方法，希望通過本項目的實施，力爭在有機白光照明器件所涉及器件結構、工藝、制造成本等關鍵物理與技術問題上有所突破，為我國自主創(chuàng)新的白光有機照明研究與產業(yè)化發(fā)展做出貢獻。

目前聚合物電致白光器件的發(fā)光效率已經超過傳統(tǒng)的白熾燈，可作為新一代半導體照明光源，具有巨大的應用前景。針對目前聚合物白光器件效率較小分子器件低的現狀，圍繞影響聚合物白光器件的性能的關鍵問題和技術難題，分別從材料體系和器件結構角度進行深入系統(tǒng)的研究，以全磷光型器件和深藍聚合物基磷光熒光混合型器件為研究重點，運用基于有機半導體摻雜和過渡金屬層的pin器件結構，結合色度學的基本原理，綜合優(yōu)化發(fā)光層的組分構成及其光視效能，優(yōu)化載流子的注入和平衡輸運，抑制漏電流的損耗，探索增強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，還利用水/醇溶性的共軛聚合物和高功函數金屬制備疊層器件載流子產生層, 為實現高效疊層式器件做出有益的嘗試。