CN105336868B - 摩擦发电直接驱动的有机发光二极管及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用摩擦发电技术直接驱动有机发光二极管的方法，以及基于该方法的有机发光二极管。本发明将有机发光二极管与摩擦发电技术结合，无需外接电源即可点亮有机发光二极管，并且通过摩擦层、绝缘层、导电区的合理设置，成功克服了现有摩擦发电技术的高压输出容易造成有机发光二极管击穿的技术难题，将摩擦发电机与有机发光二极管的集成化和一体化推向了实用。

Description

摩擦发电直接驱动的有机发光二极管及驱动方法

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，特别涉及一种通过摩擦发电直接驱动有机发光二极管的方法和基于该方法的有机发光二极管。

背景技术

基于有机半导体材料的发光二极管在日常生活、科学研究以及军事等领域具有广泛的应用。目前，用以驱动有机发光二极管的方法主要是以外接稳定电源为主，同时也需要相应的线路连接进行配合。以外接电源来控制发光二极管可以达到稳定的输出，但限制了发光二极管的使用环境，并且消耗了能源。最近几年，世界各国科学家都在积极开发各种新型环保发电方式，为了解决环境的污染问题以及降低发电成本。从2012年开始，佐治亚理工学院的王中林教授就开始尝试使用摩擦电和静电等普遍的现象，去收集人们一举一动中产生的机械能并用其来发电，进而研发出了一系列具有不同结构的摩擦发电机。

有机发光二极管作为可以实现大面积蒸镀的柔性电子器件，有设计灵活和加工工艺简单的优点。如果能将摩擦发电机与之相结合，可以在节省能源的同时实现对有机发光二极管更便捷更小型的集成化应用。但是目前在这方面尚无相关的研究成果被报道。这可能与摩擦发电机同有机发光二极管结合过程中会遇到的一个棘手问题有关：摩擦发电机输出电压较大而输出电流较小，而有机发光二极管的通常厚度较薄，一般小于1微米。如果直接将摩擦发电机与有机发光二极管相连接会导致过电压击穿或驱动电流不足。因此，必须有相应的整流电路和充放电的电容来配合。然而这些外接电路增加了器件的成本以及结构的复杂性，无法满足整体器件的小型化和一体化要求。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明的目的是提供一种不需要驱动电路辅助的、采用摩擦发电机直接驱动有机发光二极管的方法以及基于该方法而设计并制备的有机发光二极管，克服现有摩擦发电机输出电压过高而输出电流低的问题，使之可以用以直接驱动有机发光二极管，从而实现摩擦发电机和有机发光二极管的集成化和一体化。

为实现上述目的，本发明首先提供一种利用摩擦发电直接驱动有机发光二极管的方法，包括如下步骤：

(1)提供有机发光二极管，包括第一电极、第二电极和处于第一电极和第二电极之间的有机发光层，使所述第一电极接地，所述第二电极表面朝上。

(2)形成绝缘层，所述绝缘层下表面完全覆盖所述第二电极的上表面；

(3)在所述绝缘层的部分区域形成导电区，所述导电区间隔地位于所述第二电极的上方，并且所述导电区的上表面构成所述绝缘层上表面的一部分；

(4)提供带有表面摩擦电荷的第一摩擦层；

(5)将所述第一摩擦层置于所述导电区的上方；

(6)所述第一摩擦层上的摩擦电荷通过所述导电区驱动所述有机发光二极管发光；

优选地，步骤(2)中所述绝缘层直接制备在所述第二电极之上；

优选地，所述制备通过蒸镀、旋涂或滴液后退火实现；

优选地，步骤(3)中所述导电区与所述第二电极上表面之间的间隔大于所述有机发光二极管的整体厚度；

优选地，所述间隔为所述有机发光二极管厚度的2倍至10倍；

优选地，所述导电区的下表面向所述有机发光二极管方向的投影的尺寸与所述第二电极基本一致；

优选地，所述导电区的下表面向所述有机发光二极管方向的投影面积与所述绝缘层向在该方向的投影面积之比为1:2—1:10；

优选地，所述导电区的全部或部分上表面与所述绝缘层的上表面位于同一平面；

优选地，所述导电区的部分上表面向所述有机发光二极管方向形成凹陷；

优选地，所述凹陷的导电区通过纳米结构压印再蒸镀导体材料的方法制备；

优选地，所述导电区的电导率比所述绝缘层的电导率大5倍以上；

优选地，所述导电区的全部或部分为导电材料；

优选地，通过导体掺杂或渗入的方式形成部分为导电材料的导电区；

优选地，步骤(4)中的所述摩擦电荷通过所述第一摩擦层与所述绝缘层摩擦而形成，或者，通过所述第一摩擦层与其他材料摩擦而形成；

优选地，所述第一摩擦层与所述绝缘层之间的摩擦通过二者之间宏观的相对滑动实现，或者通过二者之间微观的接触摩擦实现；

优选地，所述第一摩擦层与所述绝缘层相互接触的表面均设有微纳结构；

优选地，所述摩擦电荷为负电荷时，所述第二电极为阴极，所述摩擦电荷为正电荷时，所述第二电极为阳极；

优选地，所述导电区上表面和下表面的面积均小于所述第一摩擦层朝向所述导电区的表面积；

优选地，步骤(5)中所述第一摩擦层为接触或不接触地位于所述导电区的上方；

优选地，所述第一摩擦层不接触地位于所述导电区的上方时，二者之间的间距小于1毫米。

发明并不对有机发光二极管本体进行特殊要求。有机发光发光二极管可以是本领域常规的由多层有机薄膜构成的有机电子器件。具有镀在基板上的透明阳极电极(ITO，IZO)、阻挡层，空穴传输层，电子传输层、阻挡层电极修饰层以及最上方的阴极电极。优选阳极电极接地处理。

可见，本发明通过在多层有机发光二极管的上层沉积一个摩擦材料层，并在有机发光二极管上方设计出电荷传输区域，利用电荷传输区域和摩擦材料层整体的面积差显著地提高了流经发光二极管的电流密度，同时利用摩擦材料层分担电势差，有效地降低了有机发光二极管两端的电压。

基于上述方法，本发明还提供一种利用摩擦电荷直接驱动的有机发光二极管，包括：基板、第一电极、第二电极、有机发光层、绝缘层、导电区和第一摩擦层；所述第一电极位于所述基板上并接地；所述有机发光层位于所述第一电极和第二电极之间；所述绝缘层的下表面完全覆盖所述第二电极的上表面；所述导电区位于所述绝缘层之中、所述第二电极的上方并且与所述第二电极之间形成间隔，所述导电区的上表面构成所述绝缘层上表面的一部分；第一摩擦层140能够形成摩擦电荷并通过导电区130驱动有机发光层103发光；

优选地，所述导电区与所述第二电极上表面之间的间隔大于所述第一电极和第二电极之间的距离；

优选地，所述间隔为所述第一电极和第二电极之间距离的2倍至10倍；

优选地，所述导电区的下表面向所述第二电极方向的投影的尺寸与所述第二电极基本一致；

优选地，所述导电区的下表面向所述第二电极方向的投影面积与所述绝缘层向在该方向的投影面积之比为1:2—1:10；

优选地，所述导电区的全部或部分上表面与所述绝缘层的上表面位于同一平面；

优选地，所述导电区的部分上表面向所述第二电极方向形成凹陷；

优选地，所述导电区的电导率比所述绝缘层的电导率大5倍以上；

优选地，所述导电区的全部或部分为导电材料；

优选地，所述导电材料以跃迁点的形式分布在导电区中；

优选地，所述第一摩擦层能够与所述绝缘层或其他材料发生摩擦而使其表面带有电荷；

优选地，所述第一摩擦层和所述绝缘层相互接触的表面设置有微纳结构；

优选地，所述第一摩擦层与所述绝缘层上表面之间能够发生滑动摩擦，并且所述第一摩擦层的滑动范围能够覆盖所述导电区的上方，所述第一摩擦层与所述绝缘层材料的摩擦电性质不同；

优选地，所述绝缘层的厚度大于5μm；

优选地，所述第一摩擦层和所述绝缘层均为柔性材料；

优选地，所述第一摩擦层与其他材料发生摩擦，并且所述第一摩擦层与所述导电区上表面的间距小于1mm；

优选地，所述第一摩擦层上所带有的摩擦电荷为负时，所述第二电极为阴极，所述摩擦电荷为正时，所述第二电极为阳极；

优选地，所述导电区上表面和下表面的面积均小于所述第一摩擦层朝向所述导电区的表面积；

优选地，所述第一摩擦层为接触或不接触地位于所述导电区的上方；

优选地，所述第一摩擦层不接触地位于所述导电区的上方时，二者之间的间距小于1毫米。

本发明的优势在于利用摩擦所产生的表面电荷成功地实现了在无外接电源条件下对有机发光二极管的驱动，而且通过绝缘层和导电区的设置，有效地控制了驱动电压，不仅点亮了有机发光二极管，同时也克服了过电压对有机薄膜造成的击穿问题，解决了现有技术中的难题。

而且本发明还提供了三种在第一摩擦层表面产生摩擦电荷的方法：

方法一：通过绝缘层与第一摩擦层进行摩擦，利用两种材料摩擦极性的不同使第一摩擦层表面带有相应的表面电荷。

方法二：通过其他材料与第一摩擦层进行摩擦，之后将带有表面电荷的第一摩擦层与绝缘层和导电区相互接近。通过非接触的静电感应作用而在绝缘层和导电区的表面生成电性相反的电荷。

方法三：采用可弯曲的有机发光二极管，通过衬底的弯曲变形，使第一摩擦层与绝缘层之间发生相互摩擦，产生电荷驱动发光。

可见本发明所提供的有机发光二极管具有很好的环境适应性，本领域的技术人员可以根据实际需要，选择上述任何一种方式来实现对有机发光二极管的摩擦驱动。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按照实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于显示出本发明的主旨。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1是本发明利用摩擦发电直接驱动的有机发光二极管的一种典型结构示意图；

图2a-图2d是本发明摩擦发电直接驱动的有机发光二极管中导电区的几种典型结构示意图；

图3是本发明利用摩擦发电直接驱动的有机发光二极管的另一种典型结构示意图；

图4是本发明利用摩擦发电直接驱动的有机发光二极管的另一种典型结构示意图；

图5是本发明利用摩擦发电直接驱动的有机发光二极管的另一种典型结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。

为克服现有摩擦发电机在直接驱动有机发光二极管时面临的输出电压过高而输出电流不足的问题，本发明提供一种无需辅助驱动电路的直接将摩擦发电机与有机发光二极管相集成的方法，包括如下步骤：

步骤(1)，提供有机发光二极管100，使第一电极101接地，第二电极102表面朝上。本发明可以使用现有技术中的任何一种有机发光二极管，一般是由多层有机薄膜构成的有机电子器件，具有阳极和阴极，对应于本发明中的第一电极101和第二电极102，在两个电极之间设置有机发光层103。该有机发光层103可以包含本领域中各种常规的组件，例如阻挡层、空穴传输层、电子传输层、电极修饰层等等，这些组件对于本发明的实施没有影响，因此本发明对此并不做限定，不论是否包含以上这些组件，在本发明中均统称为有机发光二极管100。有机发光二极管100中一般还会有基板110，起到对整个器件的支撑作用。但是基板110并不是本发明的必备部件，如果可以通过环境对有机发光二极管100提供支撑，该基板110可以省略，而后续涉及到基板110的工艺，例如绝缘层120的原位制备，则由提供支撑的环境部件来代替基板110。

第一电极101并不一定是阴极，也可以是阳极。也就是说本发明只需要一个电极接地，用于在摩擦电荷与其作用时形成电流回路，但是并不限定接地的必须是阳极或阴极。与此同时，不接地的另一个电极的表面朝上，以便在其上形成绝缘层120。

步骤(2)，在有机发光二极管100的基板110或其他起支撑作用的部件上形成绝缘层120，使其下表面完全覆盖第二电极102的上表面。形成绝缘层120的方法很多，本发明并不对此进行限定，因为无论使用何种方法，只要能够使得绝缘层120覆盖在基板110(或者对有机发光二极管100起支撑作用的其他部件)和第二电极102之上，都可以实现本发明的目的。因此此处仅作为举例说明，例如可以预先制备绝缘层120，然后将其贴合在基板110和第二电极102之上，也可以通过沉积、蒸镀、旋涂或滴液后再退火的方法在基板110和第二电极102上原位制备。为保证有机发光二极管100在沉积绝缘层120的过程中不被破坏，优选采用真空蒸镀的方法。对于无法采用真空蒸镀的材料，通过有机溶剂将其充分溶解，混匀，以滴液的方式均匀覆盖于有机发光二极管100之上，不进行旋涂以避免破坏有机发光二极管薄膜，通过退火蒸发形成薄膜，通过调整溶液浓度控制成膜厚度。或者在有机发光二极管100上方蒸镀一层绝缘材料的封装层，厚度不应超过50nm否则会影响电荷传输。封装层的绝缘材料可选用SiC,DLC,SiO,SiO₂,Si₃N₄和SiN_xO_y之类的不溶于有机溶剂的材料。之后利用溶液旋涂的方法在有机发光二极管100的上方旋涂第一摩擦层140。

绝缘层120可以选择常规的绝缘材料，优选具有良好摩擦性能的材料，包括有机聚合物材料，例如聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、人造纤维、聚甲基，甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁二烯丙烯共聚物、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸盐，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯中的一种或多种。

绝缘层120用于对有机发光二极管100提供保护并分担电压，因此其必须对有机发光二极管100形成完全覆盖。其厚度可以根据第一摩擦层140所带的电荷与地之间的电势差和驱动有机发光二极管100所需的电压来决定，其范围既可能大于10微米，也可能小于1微米。

步骤(3)，在绝缘层120的部分区域形成导电区130，导电区130间隔地位于第二电极102的上方，并且导电区130的上表面构成绝缘层120上表面的一部分。导电区130是保证摩擦电荷能够顺利驱动有机发光二极管100的必要部件，为了保证电子的流动效率，其最好位于第二电极102的正上方，当然中心稍微错开一定的距离也是可以实现的。优选与第二电极102上表面之间的间隔大于整个有机发光二极管100的整体厚度，亦即大于第一电极101和第二电极102之间的距离，更优选该间隔为有机发光二极管100厚度的2倍至10倍，更优选3-6倍，尤其是3-4倍。

导电区130的下表面面向有机发光二极管100方向的投影的面积尺寸与第二电极102最好基本一致，使得该第二电极102的全部表面都可以实现与摩擦电荷的交互作用，从而提高摩擦电荷对有机发光二极管100的驱动效率。同时，为了分担摩擦发电所形成的高电压，优选导电区130的下表面面向有机发光二极管100方向的投影面积小于绝缘层120向在该方向的投影面积，二者之比优选为1:2—1:10，更优选1:3—1:8，尤其是1:4—1:6，特别是1:5。

导电区130的全部或部分上表面与绝缘层120的上表面位于同一平面，其余表面可以向有机发光二极管100的方向下陷形成凹陷，也可以向背离有机发光二极管100的方向突出形成突起。对于向下凹的情况，可以参见图2a和图2b，下凹的部分可以是规整的矩形或梯形，也可以是不规则的形状，特别是原位制备的时候，可能无法特别精确的控制导电区130的形状，只要能够形成一定厚度，并且投影尺寸合适的导电层就可以。但是无论形状如何，都要确保至少有一部分表面与绝缘层120在同一个表面之上，即图中标号为131和132的部分，这两个部分可以只有一个，也可以两个都有，用于将摩擦层140上的电荷传导到导电区130上。导电区130的上表面也可以与绝缘层120的上表面处于同一平面，如图2c所示。这种情况下，当摩擦层140经过时，可以与导电区130的整个上表面发生作用，电荷转移效率会更高。除了上述两种情况之外，导电区130的上表面还可以向上突起形成凸面(参见图2d，只要不影响摩擦层140的经过，表面凸起的程度可以不加限定，例如当摩擦层140为柔性材料时，表面凸起的角度可以更高一些。

导电区130可以选择本领域的各种常规方法制备，例如通过纳米结构压印再蒸镀导体材料的方法形成，具体可以为：在有机发光二极管100正上方，通过纳米结构压印的方法，在第一摩擦层140表面压印出与有机发光二极管100的第一电极101大小一致的凹槽区域，凹槽底部距离有机发光二极管100的间距可以为1到2微米左右。之后，使用掩膜板，在该凹槽区域及周围蒸镀导电材料，导电材料优先金属，例如金，银等重金属。蒸镀速度优选在1.8纳米/秒以上。金属颗粒在高速蒸镀的过程中会渗透到摩擦材料薄膜之中，形成可供电荷跃迁的跃迁点。跃迁点的形成，可以增强电荷的传导能力，同时避免了摩擦生成电荷与有机发光二极管的直接接触。除此之外，还可以直接在绝缘层120的特定区域内溅射金属材料，以在一定范围内形成具有合适深度的分散的导电点，或者将导体材料直接沉积在绝缘层120表面的凹陷区上，形成一定厚度的导电薄膜。

本发明所述的导电区130相对于绝缘层120应呈现出明显的导电性，一般要求导电区130的电导率比绝缘层120的电导率大5倍以上，优选大10倍以上。能达到该要求的导电区130可以全部或部分由导电材料构成。全部由导电材料构成的，例如是通过沉积或蒸镀等方式形成的导电材料层；部分由导电材料构成的导电区130可以是在绝缘材料中分散有一定浓度的导电材料而形成，例如通过掺杂、渗入或溅射的方式使导电材料分散到绝缘层120中。

步骤(4)，提供带有表面摩擦电荷的第一摩擦层140，将第一摩擦层140置于导电区130的上方，第一摩擦层140上的摩擦电荷通过导电区130驱动有机发光二极管100发光。

当带有表面摩擦电荷的第一摩擦层140置于导电区130的上方时，可以分为两种具体情况：一种是第一摩擦层140与导电区130直接接触，第一摩擦层140上的摩擦电荷转移到导电区130上，使得其与接地的第二电极102之间形成电位差，该电位差可使电子穿过导电区130和第一电极101之间相对较薄的绝缘材料层，形成对有机发光二极管100的驱动；另一种情况是第一摩擦层140与导电区130不直接接触，即第一摩擦层140与导电区130的上表面之间间隔一定的空隙，但第一摩擦层140带有一定密度的表面电荷，此时由于第一摩擦层140与接地的第二电极102之间存在电位差，会通过静电感应现象使电子穿过导电区130和第一电极101之间的绝缘材料而使导电区130带电，以平衡电位差，该过程形成了对有机发光二极管100的驱动。此时，第一摩擦层140与导电区130上表面之间的间距小于1毫米，优选小于50微米，更优选小于3微米。不论是哪种情况，第一摩擦层140上所带有的摩擦电荷都需要与有机发光二极管100的第一电极101之间形成匹配关系，即如果第一电极101为有机发光二极管100的阴极，则第一摩擦层140上应该带有负电荷，反之则需要带有正电荷。由于电场方向与有机发光二极管100电极方向之间的匹配属于本领域技术人员的常识，因此此处仅作为提示性说明，并非本发明的限制性因素。

第一摩擦层140应具有较好的摩擦电性质，本发明中涉及的材料摩擦电性质是指材料在与其他材料发生摩擦或接触的过程中显示出来的得失电子能力，即两种材料相接触时一个带正电，一个带负电，说明这两种材料的得电子能力不同，亦即二者的摩擦电性质不同。例如，聚合物聚四氟乙烯与铝箔接触的时候，其表面带负电，即得失电子能力强。聚合物尼龙与铝箔接触的时候，其表面带正电，即失电子能力较强。

第一摩擦层140可以选择的摩擦材料包括绝缘材料、导体材料或半导体材料，优选为有机聚合物材料、导电氧化物(例如氧化铟锡ITO)和金属材料。以下聚合物材料按照排列的顺序具有越来越强的得电子能力：聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯丁二烯、天然橡胶、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷和聚四氟乙烯中的一种或者多种。限于篇幅的原因，并不能对所有可能的材料进行穷举，此处仅列出几种具体的聚合物材料从人们参考，但是显然这些具体的材料并不能成为本发明保护范围的限制性因素，因为在发明的启示下，本领域的技术人员根据这些材料所具有的摩擦电特性很容易选择其他类似的材料。

对于第一摩擦层140的尺寸和形状没有特殊限定，优选其与绝缘层120接触的表面形状与导电区130的上表面形状相同或相似，尺寸大于或等于导电区130的上表面尺寸。更优选，导电区130上表面和下表面的面积均小于第一摩擦层140朝向导电区130的表面积。第一摩擦层140的厚度没有特别要求，微米或毫米级的厚度都是可以的。既可以做成硬质的，也可以做成柔软的，对于摩擦效果都没有明显影响，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择。

第一摩擦层140表面所带有的摩擦表面电荷可通过以下三种方式形成：

方法一：通过第一摩擦层140与绝缘层120表面宏观的相对滑动摩擦而形成。此时需要考虑第一摩擦层140和绝缘层120之间相对的摩擦电特性，优选二者之间的摩擦电特性相差较大，即在摩擦过程中，一种材料易于失去电子，而另一种材料相对容易得到电子。

方法二：通过第一摩擦层140与其他材料摩擦而形成。例如本发明提供的另一种实施方式，具体参见图3：该第一摩擦层240通过与第二摩擦层250之间发生宏观的滑动摩擦而带电，带电后既可以通过静电感应作用对导电区230施加影响，从而驱动有机发光二极管200；也可以通过直接接触导电区230来完成驱动(参见图4)。对于这种实施方式，第二摩擦层250既可以由环境组件来提供，也可以是专门设置的一个部件，只要能够与第一摩擦层240发生摩擦并且使其带电即可。因此，对于第二摩擦层250的尺寸和形状等都没有特殊的限定。为了提高第一摩擦层240的带电效率，优选第二摩擦层250与第一摩擦层240相接触部分的表面积应大于第一摩擦层240朝向第二摩擦层250一侧的表面积。

方法三：第一摩擦层140与绝缘层120之间的摩擦通过二者之间微观的接触摩擦实现，具体可参见图5所示的另一种实施方式：在绝缘层320的上表面和第一摩擦层340的下表面分别设置有绝缘微纳结构361和摩擦微纳结构362，通过对其施加按压或弯曲等外部作用力，第一摩擦层340和绝缘层320之间产生微观的相对运动，从而造成两种微纳结构之间的相互摩擦，使得第一摩擦层340表面带电。由于微纳结构的尺寸很小，不影响第一摩擦层340与导电区330上表面的接触，因此第一摩擦层340上的表面电荷可以转移到导电区330上，从而形成对有机发光二极管300的有效驱动。在这种情况下，优选第一摩擦层340为导电材料，更优选第一摩擦层340和摩擦微纳结构361均为导电材料。由于这种实施方式可以通过使整个结构弯曲而完成工作，因此优选各部件的材料为柔性材料。

通过上面的说明，对于本发明利用摩擦电荷直接驱动有机发光二极管的方法已经描述清楚，本领域的技术人员可以根据该方法来设计并制备相应的由摩擦电荷直接驱动的有机发光二极管。本发明基于上述方法进一步提供典型的利用摩擦电荷直接驱动的有机发光二极管，其中用到的主要部件在前面对方法的描述中均有说明，为了简洁起见，除非有特殊要求的，否则以下实施方式中用到的各部件的结构、选材等均与前面在对方法进行说明时所限定的范围相同，就不再重复说明。

本发明提供的利用摩擦电荷直接驱动的有机发光二极管包括(参见图1)：基板110、第一电极101、第二电极102、有机发光层103、绝缘层120、导电区130和第一摩擦层140；第一电极101位于基板110上并接地；有机发光层103位于第一电极101和第二电极102之间；绝缘层120的下表面完全覆盖第二电极102的上表面；导电区130位于绝缘层120之中、第二电极102的上方并且与第二电极102之间形成间隔，导电区130的上表面构成绝缘层120上表面的一部分；第一摩擦层140能够通过与其他材料进行摩擦形成摩擦电荷并通过导电区130驱动有机发光层103发光。

第一摩擦层140和导电区130是本发明的有机发光二极管与普通有机发光二极管相区别的关键部件。在一种典型的结构中，第一摩擦层140与有机发光二极管100之上的绝缘层120直接接触，通过第一摩擦层140的横向移动，与绝缘层120相互摩擦产生电荷，电荷通过导电区130集中导入有机发光二极管100之中。由于有机发光二极管100的第二电极102接地，电流通路形成，从而驱动有机发光二极管100发光。在这种结构中，绝缘层120优选为摩擦材料，更优选为摩擦电特性与第一摩擦层140的材料相差较大的材料，以增大摩擦电荷的形成密度。

本发明的有机发光二极管中，导电区130位于第二电极102的上方，可以是正上方也可以是斜上方，并且其全部或部分上表面与绝缘层120的上表面位于同一平面，优选部分上表面向第二电极102的方向形成凹陷。导电区130的电导率比绝缘层120的电导率大5倍以上，优选大10倍以上，以形成明显的导电性。为此，导电区130的全部或部分为导电材料，形成导电区的方法在前面有详细的描述，此处不再赘述，但是对于本实施方式而言，在导电区130的部分为导电材料的情况下，导电材料可以以跃迁点的形式分布在导电区中。

第一摩擦层140能够与绝缘层120或其他材料发生摩擦而使其表面带有电荷，为了提高其表面电荷密度，优选在第一摩擦层140和绝缘层120相互接触的表面设置有微纳结构，这些微纳结构的形式可以采用本领域常规的微纳棒、微纳锥、微纳球、微纳线以及有这些结构形成的阵列。

可以采用前面所述的三种方式来使第一摩擦层140表面带电，对于第一种方法，要求第一摩擦层140与绝缘层120上表面之间能够发生滑动摩擦，并且第一摩擦层140的滑动范围能够覆盖导电区120的上方，必要的是第一摩擦层140与绝缘层120材料的摩擦电性质不同。为了具有一定的耐磨性，绝缘层120的厚度优选大于5微米，更优选大于10微米；

为了能够使该有机发光二极管100能正常工作，第一摩擦层140上所带有的摩擦电荷为负时，第二电极102为阴极，摩擦电荷为正时，第二电极102为阳极。

有机发光二极管100的基板110优选透明基板，可以为玻璃材质,也可以为柔性衬底。

在另一种典型的结构中(参见图3)，第一摩擦层240与绝缘层220不形成直接接触，而是通过与其他部件摩擦形成表面电荷。因此，该结构中绝缘层220并不必须限定为摩擦材料。而负责与第一摩擦层240发生摩擦作用的第二摩擦层250则应为摩擦材料，优选为与第一摩擦层240摩擦电性质差别较大的材料，具体可参见前面对第一摩擦层140材料限定的范围。本实施方式中，第二摩擦层250与第一摩擦层240之间发生横向相对滑动，通过摩擦使第一摩擦层240带上表面电荷。当第一摩擦层240移动到导电区230上方时，通过感应生电的方式使电荷产生于导电区230之上。由于第一摩擦层240与导电区230不直接接触，感应生成的电荷通过有机发光二极管200中接地的第二电极202产生，电荷穿过有机发光二极管200后集中到导电区230之上。其间形成电流通路流过有机发光二极管200，可以驱动有机发光二极管200发光。这种实施方式中，第一摩擦层240与绝缘层220相接近而非接触，两者间距小于1毫米，优选小于50微米，更优选小于3微米。

在另一种典型结构中(参见图4)，在第一摩擦层340和绝缘层320的接触面上通过刻蚀或其他方法形成微纳结构361和362。第一摩擦层340和绝缘层320优选为柔性可弯曲的材料。对器件整体施加应力使其发生形变，例如弯曲，使得第一摩擦层340和绝缘层320接触面上的微纳结构之间会形成微观的相对运动，发生摩擦并产生电荷。该电荷通过导电区330集中导入有机发光二极管300之中。由于有机发光二极管300的第二电极102接地，电流通路形成，驱动有机发光二极管300发光。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (40)

1.一种利用摩擦直接驱动有机发光二极管的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)提供有机发光二极管，包括第一电极、第二电极和处于所述第一电极和第二电极之间的有机发光层，使所述第一电极接地，所述第二电极表面朝上；

(2)形成绝缘层，所述绝缘层下表面完全覆盖所述第二电极的上表面；

(3)在所述绝缘层的部分区域形成导电区，所述导电区间隔地位于所述第二电极的上方，并且所述导电区的上表面构成所述绝缘层上表面的一部分；

(4)提供带有表面摩擦电荷的第一摩擦层；

(5)将所述第一摩擦层置于所述导电区的上方；

(6)所述第一摩擦层上的摩擦电荷通过所述导电区驱动所述有机发光二极管发光。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述绝缘层直接制备在所述第二电极之上。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述制备通过蒸镀、旋涂或滴液后退火实现。

4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述导电区与所述第二电极上表面之间的间隔大于所述有机发光二极管的整体厚度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述间隔为所述有机发光二极管厚度的2倍至10倍。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导电区的下表面向所述有机发光二极管方向的投影的尺寸与所述第二电极基本一致。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述导电区的下表面向所述有机发光二极管方向的投影面积与所述绝缘层向在该方向的投影面积之比为1:2—1:10。

8.如权利要求1、6或7所述的方法，其特征在于，所述导电区的全部或部分上表面与所述绝缘层的上表面位于同一平面。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述导电区的部分上表面向所述有机发光二极管方向形成凹陷。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述凹陷的导电区通过纳米结构压印再蒸镀导体材料的方法制备。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导电区的电导率比所述绝缘层的电导率大5倍以上。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述导电区的全部或部分为导电材料。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，通过导体掺杂或渗入的方式形成部分为导电材料的导电区。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中的所述摩擦电荷通过所述第一摩擦层与所述绝缘层摩擦而形成，或者，通过所述第一摩擦层与其他材料摩擦而形成。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一摩擦层与所述绝缘层之间的摩擦通过二者之间宏观的相对滑动实现，或者通过二者之间微观的接触摩擦实现。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一摩擦层与所述绝缘层相互接触的表面均设有微纳结构。

17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述摩擦电荷为负电荷时，所述第二电极为阴极，所述摩擦电荷为正电荷时，所述第二电极为阳极。

18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导电区上表面和下表面的面积均小于所述第一摩擦层朝向所述导电区的表面积。

19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中所述第一摩擦层为接触或不接触地位于所述导电区的上方。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一摩擦层不接触地位于所述导电区的上方时，二者之间的间距小于1毫米。

21.一种利用摩擦电荷直接驱动的有机发光二极管，其特征在于，包括：基板、第一电极、第二电极、有机发光层、绝缘层、导电区和第一摩擦层；所述第一电极位于所述基板上并接地；所述有机发光层位于所述第一电极和第二电极之间；所述绝缘层的下表面完全覆盖所述第二电极的上表面；所述导电区位于所述绝缘层之中、所述第二电极的上方并且与所述第二电极之间形成间隔，所述导电区的上表面构成所述绝缘层上表面的一部分；第一摩擦层能够形成摩擦电荷并通过导电区驱动有机发光层发光。

22.如权利要求21所述的有机发光二极管，其特征在于，所述导电区与所述第二电极上表面之间的间隔大于所述第一电极和第二电极之间的距离。

23.如权利要求22所述的有机发光二极管，其特征在于，所述间隔为所述第一电极和第二电极之间距离的2倍至10倍。

24.如权利要求21-23任一项所述的有机发光二极管，其特征在于，所述导电区的下表面向所述第二电极方向的投影的尺寸与所述第二电极基本一致。

25.如权利要求24所述的有机发光二极管，其特征在于，所述导电区的下表面向所述第二电极方向的投影面积与所述绝缘层向在该方向的投影面积之比为1:2—1:10。

26.如权利要求21所述的有机发光二极管，其特征在于，所述导电区的全部或部分上表面与所述绝缘层的上表面位于同一平面。

27.如权利要求26所述的有机发光二极管，其特征在于，所述导电区的部分上表面向所述第二电极方向形成凹陷。

28.如权利要求21所述的有机发光二极管，其特征在于，所述导电区的电导率比所述绝缘层的电导率大5倍以上。

29.如权利要求28所述的有机发光二极管，其特征在于，所述导电区的全部或部分为导电材料。

30.如权利要求29所述的有机发光二极管，其特征在于，所述导电材料以掺杂、渗入或溅射的方式分布在导电区中。

31.如权利要求21所述的有机发光二极管，其特征在于，所述第一摩擦层能够与所述绝缘层或其他材料发生摩擦而使其表面带有电荷。

32.如权利要求21所述的有机发光二极管，其特征在于，所述第一摩擦层和所述绝缘层相互接触的表面设置有微纳结构。

33.如权利要求21或32所述的有机发光二极管，其特征在于，所述第一摩擦层与所述绝缘层上表面之间能够发生滑动摩擦，并且所述第一摩擦层的滑动范围能够覆盖所述导电区的上方，所述第一摩擦层与所述绝缘层材料的摩擦电性质不同。

34.如权利要求21所述的有机发光二极管，其特征在于，所述绝缘层的厚度大于5μm。

35.如权利要求21所述的有机发光二极管，其特征在于，所述第一摩擦层和所述绝缘层均为柔性材料。

36.如权利要求21所述的有机发光二极管，其特征在于，所述第一摩擦层与其他材料发生摩擦，并且所述第一摩擦层与所述导电区上表面的间距小于1mm。

37.如权利要求21所述的有机发光二极管，其特征在于，所述第一摩擦层上所带有的摩擦电荷为负时，所述第二电极为阴极，所述摩擦电荷为正时，所述第二电极为阳极。

38.如权利要求21所述的有机发光二极管，其特征在于，所述导电区上表面和下表面的面积均小于所述第一摩擦层朝向所述导电区的表面积。

39.如权利要求21所述的有机发光二极管，其特征在于，所述第一摩擦层为接触或不接触地位于所述导电区的上方。

40.如权利要求39所述的有机发光二极管，其特征在于，所述第一摩擦层不接触地位于所述导电区的上方时，二者之间的间距小于1毫米。