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《吉林大学》 2017年
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基于可控有序褶皱的柔性可拉伸有机电致发光器件研究

银达  
【摘要】:近年来,随着科学技术的发展,可拉伸电子器件逐渐走进人们的视野。可拉伸发光器件作为可拉伸电子器件的重要一员,在显示、照明等领域有着广泛的应用前景。特别是随着可穿戴电子设备的兴起,可拉伸发光器件由于其在该新兴领域的重大应用潜力而备受关注。但是,在实现商业化之前,可拉伸发光器件仍有许多技术难题需要解决。可拉伸性限制了发光器件在结构、材料和制备工艺上的选择和设计,导致当前文献中已经报道的可拉伸发光器件普遍存在器件发光效率低的问题。并且,可拉伸发光器件的机械稳定性差,多次循环拉伸后器件的发光性能快速衰减。本文主要围绕着基于褶皱结构的可拉伸有机电致发光器件(OLEDs)展开研究,通过利用高效率的小分子磷光材料作为发光体和利用多种微结构加工技术控制褶皱形貌,最终制备了具有可控有序褶皱、高效率和高机械稳定性的一维可拉伸OLEDs;我们制备了具有随机褶皱的二维可拉伸OLEDs,并首次测量了二维可拉伸OLEDs在不同拉伸度时的光电性能。本论文取得的研究成果主要包括以下几个方面:1、基于可编程激光烧蚀起褶工艺的具有高效率和高机械稳定性的可拉伸OLEDs。利用激光烧蚀工艺在弹性衬底表面制备长周期光栅结构,利用剥离方法制备超薄柔性OLEDs。通过超薄OLEDs与弹性衬底表面微结构的可控局部粘合,得到具有可控有序褶皱的可拉伸OLEDs。由于超薄OLEDs没有直接拉伸,因此器件在结构设计、材料选择和工艺制备方法等方面不受局限,从而实现器件的高效率。同时,规则有序的褶皱结构提高了器件的机械稳定性。利用磷光材料Ir(ppy)3作为发光材料,在70%拉伸度下,器件最大发光效率达到70 cd/A,在0%-20%拉伸度之间循环拉伸15000次后器件性能下降小于16%,是当时已报到的可拉伸OLEDs发光效率和机械稳定性的最高纪录。最后,利用将可拉伸OLEDs固定在手指关节处的方式,证明了其在可穿戴电子设备领域的应用潜力。2、提出了一种滚轮辅助粘性压印工艺,用于制备具有可控有序褶皱的可拉伸OLEDs。滚轮辅助粘性压印工艺是指利用表面具有周期性微结构的滚轮作为压印模板,利用金属间隔层修饰衬底表面的粘性,使目标薄膜与衬底在滚轮上的微结构和衬底表面金属间隔层共同控制下发生周期性的粘合与不粘合,进而使目标薄膜形成周期性微结构。这种压印工艺,不涉及高温和紫外光固化,具有过程简单、快速和适合大面连续制备微结构等优点。用滚轮辅助粘性压印工艺制备了具有周期性褶皱的可拉伸OLEDs,器件最大可拉伸100%,最大亮度和效率分别为15110 cd/m2和66 cd/A,且器件在0%-20%拉伸度之间循环拉伸35000次后,发光性能依然保持在原来数值的70%以上。3、利用镂空掩模板沉积法在弹性衬底表面蒸镀周期性金属间隔层的方法,制备了具有可控有序褶皱的可拉伸OLEDs。弹性衬底表面蒸镀有金属间隔层的区域完全失去粘性,超薄OLEDs只与弹性衬底上未蒸镀金属间隔层的部分粘合,形成周期性的粘合与非粘合区,进而形成周期性褶皱。利用此方法制备的可拉伸OLEDs最大可拉伸100%,并展现了优异的发光性能和循环拉伸稳定性,用发射橙光的小分子磷光材料Ir(BT)2(acac)作为发光材料,器件的最大发光亮度为17980 cd/m2,最大效率为73 cd/A,且在0%-20%拉伸度之间循环拉伸20000次和在0%-60%拉伸度之间循环拉伸6000次后,效率波动在10%以内。4、制备了基于超薄和超柔性聚合物衬底的高效率二维可拉伸OLEDs。将超薄OLEDs粘贴在二维拉伸的弹性衬底表面,释放拉力后,超薄OLEDs在弹性衬底表面形成二维随机褶皱。由于超薄聚合物衬底具有超高的柔性,所以在形成二维随机褶皱时OLEDs没有在各向异性的弯曲应力作用下损坏,并且展现了优异的二维拉伸性能。在二维拉伸状态下,器件最大拉伸度为50%,最高电流效率为79 cd/A,这是已报道过的二维可拉伸OLEDs的最高效率。同时,器件展现了较好的循环拉伸稳定性,在0%-25%拉伸度下循环拉伸100次,电流效率下降1.7%。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN383.1

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