CN108496413B - 电致发光装置及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电致发光装置。该电致发光装置包括第一接触结构,第一接触结构包括离子导体层;第二接触结构;以及发射层,该发射层位于第一接触结构和第二接触结构之间,且当在第一接触结构和第二接触结构之间施加交流电压时发光。更具体地,本发明涉及使用离子导体层作为电致发光装置的接触结构,该离子导体层包括分散于聚合物主体中的离子实体。这种方法使得本发明的电致发光装置高度可拉伸,其可潜在地用于不同应用,例如可拉伸照明、立体3D显示器和交互读出系统。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年9月10日提交的申请号为10201507435S新加坡专利申请的优先权,其内容通过引用全部并入本文用于所有目的。
技术领域
各个实施例涉及电致发光装置及其形成方法。
背景技术
可拉伸电子器件已成为一种与其刚性或柔性对应部件相比具有更好的机械顺从性的新型装置。它们可能能够承受苛刻的机械变形,例如拉伸、弯曲、扭曲、折叠或顺从的包裹,这使得它们适用于需要严格机械条件的电子应用(使用传统电子装置无法解决的)。这种可拉伸电子装置也可以称为“软”电子器件。
似乎激发人们极大兴趣的一种有趣的软电子器件是可拉伸电致发光(EL)装置。该EL装置可能成为未来照明和显示器应用的关键技术。这种柔软的物理形式或可拉伸性质可使得该装置适用于前所未有的应用,例如涉及曲线组织表面上的可植入装置的生物医学相关应用,以物理形式呈现内容的三维显示器,或为用户提供除视觉信息等之外的触觉相互作用的视觉系统。特别地,可拉伸导体可能在可用于这些应用的可变形EL装置的构造中发挥重要作用。
为了制造可拉伸的电极,已经开发出了两种不同的策略。第一种策略侧重于可拉伸结构,而第二种策略侧重于可拉伸材料。然而,由于在开发电子导体时遇到难以解决的材料挑战,所以人们主要致力于开发用于可变形EL装置的、具有可拉伸结构的导体。例如,通常将薄金属膜图案化为可拉伸结构用作电气互连,以将刚性发光元件组装在弹性基板上。也可以将传统技术与这种方法结合以得到可拉伸电子器件。然而,这可能受到以下挑战的阻碍:例如,需要开发大规模且成本有效的技术以操纵该可拉伸结构,并且要求组装具有显著机械不相容性的部件以形成耐用的可变形装置。此外,由于该金属膜可以是不透明的,所以所开发的电极可能不适于用作要求对有效光提取具有良好透射率的可拉伸EL装置。
最近,碳纳米管(CNTs)和银纳米线(AgNWs)已被用作聚合物基体中的高导电性填料,用于形成具有渗透网络结构的透明的和可拉伸的电极。当与可拉伸的射出层结合时,该透明和可拉伸电极可用于形成完全可拉伸的EL装置。尽管可以以这种方式实现中等应变的可拉伸装置,但由于该网络结构在受到大的机械变形时发生损伤,所以将这些薄且透明的纳米线网络的拉伸应变提高超过100%仍然具有挑战性。由于传统的透明电子导体中的这种可拉伸性的限制,通过上述方式得到的交流电致发光(ACEL)装置在劣化之前可能只能承受100%的应变。
发明内容
在各个实施例中,可以提供一种电致发光装置。该电致发光装置可以包括第一接触结构。该第一接触结构可以包括离子导体层。该电致发光装置还可以包括第二接触结构。该电致发光装置还可以包括发射层,该发射层位于第一接触结构与第二接触结构之间。该发射层可以配置为当在第一接触结构和第二接触结构之间施加交流电压时发光。
在各个实施例中,可以提供一种形成电致发光装置的方法。该方法可以包括形成第一接触结构,该第一接触结构包括离子导体层。该方法还可以包括形成第二接触结构。该方法可以进一步包括形成发射层,该发射层位于在第一接触结构与第二接触结构之间。该发射层可以配置为当在第一接触结构和第二接触结构之间施加交流电压时发光。
附图说明
在附图中,相似的附图标记通常代表不同视图中的相似零件。附图不一定按比例绘制,相反,重点通常放在说明本申请的原理上。在以下的说明中,将参照以下附图描述本发明的各个实施例。
图1是说明根据各个实施例的电致发光装置的示意图。
图2是说明形成根据各个实施例的电致发光装置的方法的示意图。
图3示出了根据各个实施例的电致发光装置的示意图。
图4A示出了一种等效电路布置的示意图,该等效电路布置代表连接至交流(AC)源的根据各个实施例的图3的装置。
图4B是电容(法拉或F)作为频率(赫兹或Hz)的函数的曲线图,其示出了根据各个实施例的装置的双层的电容和发射层的电容的变化。
图4C示出了根据各个实施例的可拉伸电致发光(EL)装置在不同方向上拉伸的照片。
图4D示出了根据各个实施例的电致发光(EL)装置在拉伸和扭曲下的照片。
图4E是阻抗的虚部(欧姆或Ω)作为阻抗的实部(欧姆或Ω)的函数的曲线图,其示出了用在根据各个实施例的装置中的离子导体的电化学阻抗谱测量。
图4F是掺杂有铜的硫化锌(ZnS:Cu)的扫描电子显微镜图像,其可用在根据各个实施例的装置的发射层中。
图4G示出了代表根据各个实施例的装置的等效电路布置的另一示意图。
图4H是亮度(坎德拉每平方米或cd/m2)作为频率(赫兹或Hz)的函数的曲线图,其示出了根据各个实施例的电致发光装置的亮度-频率特性。
图5A是示出一玻璃瓶已制备的离子导体溶液(用于形成根据各个实施例的装置)以及涂覆有离子导体(约200μm厚)的载玻片的图像。
图5B是透射率百分比(百分比或%)作为波长(纳米或nm)的函数的曲线图,其示出了图5A的离子导体涂覆的载玻片的透射光谱。
图5C是示出涂覆有离子导体的3M VHB带(用于根据各个实施例的装置中)的示意图,其具有两个石墨电极作为外部连接以研究离子导体的电学性能和可拉伸性。
图5D是根据各个实施例的电阻比(变形状态下的离子导体的电阻与未变形状态下的离子导体的电阻之比(R/R0))作为拉伸应变(λ)的函数的曲线图。
图5E是离子导体(用于根据各个实施例的装置中)的电阻(欧姆或Ω)作为循环数的函数的曲线图,其中每个循环包括从松弛状态拉伸至高达700%并且回复到松弛状态。
图6A是示出根据各个实施例的电致发光装置拉伸至不同应变的照片。
图6B是亮度(坎德拉每平方米或cd/m2)作为电场(伏特/微米或V/μm)的函数的曲线图,其示出了根据各个实施例的可拉伸电致发光装置在0%应变下的亮度-电场特性。
图6C是强度(任意单位或a.u.)作为电场(伏特/微米或V/μm)的函数的曲线图,其示出了根据各个实施例的可拉伸电致发光装置在不同应变下的亮度-电场特性。
图6D是根据各个实施例的装置的强度(任意单位或a.u.)作为拉伸应变(百分比或%)的函数的曲线图。
图6E是根据各个实施例的装置在不同应变下的强度(任意单位或a.u.)作为波长(纳米或nm)的函数的曲线图。
图7A是在25个循环中根据各个实施例的装置的电致发光强度(任意单位或a.u.)作为循环次数的函数的曲线图。
图7B是在1000个循环中根据各个实施例的装置的电致发光强度(任意单位或a.u.)作为循环次数的函数的曲线图。
图8A是示出根据各个实施例的装置的示意图。
图8B是示出根据各个实施例的电致发光装置的阵列的示意图。
图8C示出了操作中的该阵列的照片,其中将一个根据各个实施例的装置打开。
图8D示出了操作中的该阵列的照片,其中将另一个根据各个实施例的装置800打开。
图8E示出了操作中的该阵列的照片,其中将两个根据各个实施例的装置打开。
具体实施方式
以下详细说明参考附图,其以举例说明的方式展示可本发明可以实施的具体细节和实施例。以下足够详细地描述了所述实施例,以使得本领域技术人员能够实施本发明。在不脱离本发明的范围下,还可以利用其他实施例,且可以作出结构、逻辑和电气改变。各个实施例不一定相互排斥,因为一些实施例可以与一个或多个其他实施例组合来形成新的实施例。
各个实施例可以提供电致发光装置,其消除或减少如上所述的传统装置中的一种或多种缺点。各个实施例可以提供形成该电致发光装置的方法。各个实施例可以提供一种具有改进的可拉伸性/可变形性、机械稳定性和/或透射率/透明度,同时保留良好的电学性能的装置。各个实施例能够在各种应用中重复地经受恶劣的机械条件而不使电学性能劣化。
在一个方法或装置的上下文中描述的实施例对于其他方法或装置类似地有效。相似地,在方法的上下文中描述的实施例对于装置类似地有效,反之亦然。
在一个实施例的上下文中描述的特征可以相应地适用于其他实施例中的相同或相似的特征。在一个实施例的上下文中描述的特征可以相应地适用于其他实施例,即使在这些其他实施例中没有明确描述。此外,如在一个实施例的上下文中针对特征所描述的添加和/或组合和/或替换可相应地适用于其他实施例中的相同或相似特征。
在各个实施例的上下文中,关于一个特征或元件所使用的冠词“一个”和“该(所述)”包括对一个或多个特征或元件的引用。
在各个实施例的上下文中,应用于数值的术语“大约”或“近似”涵盖精确值和合理方差。
本文所使用的术语“和/或”包括一种或多种相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1是说明根据各个实施例的电致发光装置100的示意图。该电致发光装置100可以包括第一接触结构102。该第一接触结构102可以包括离子导体层104。该电致发光装置100还可以包括第二接触结构106。该电致发光装置100可以在第一接触结构102和第二接触结构106之间额外包括发射层108。该发射层108可以配置为当在第一接触结构102和第二接触结构106之间施加交流电压时发光。
换言之,该电致发光装置100可以包括发射层108。该装置100可以包括在该发射层的第一表面上的第一接触结构102和在与第一表面相对的该发射层的第二表面上的第二接触结构106。该第一接触结构102可以包括离子导体层104。当相对于第二接触结构106在第一接触结构102处施加交流电压时,该发射层108发射光学光。
图1是示出根据各个实施例的装置100的特征的总体示意图,不应以限制的方式来理解。具体而言,图1不限制各种特征的布局或布置,以及形成各种特征的顺序。例如,在各个实施例中,第一接触结构102可以在发射层108之上,且发射层108可以在第二接触结构106之上。
交流电压可以称为交流电(AC)电压或交流电(AC)电位差。交流电压可以是正弦电压信号。
光学光可以是可见光。在各个实施例中,第二接触结构可以处于0V(接地),且第一接触结构可以处于交流电压。
离子导体层104可以提高可拉伸性和/或可变形性。离子导体层104可以使由发射层108发射的光通过。
在各个实施例中,第一接触结构102可以与发射层108接触,即在发射层108的第一表面上。第二接触结构106可以与发射层108接触,即在发射层108的第二表面上。
第一接触结构102可以进一步包括电极。电极可以包括导电材料,例如铜或石墨。(第一接触结构102的)电极可以与离子导体层104接触。离子导体层104可以位于(第一接触结构102的)电极和发射层108之间。
(第一接触结构102的)电极和离子导体层104可以形成界面,该界面可以具有高于发射层108的电容值的电容值。通过离子导体层104和电极的界面处的双电层形成第一电容器,而在发射层108处形成第二电容器,其中第二电容器串联连接到第一电容器。由于第一电容器具有小的电荷分离(例如,在几纳米的范围内),所以第一电容器可以具有大的电容值(例如,在约10-1F/m2的量级)。另一方面,由于第二电容器具有较大的电荷分离(例如,在200μm的范围内),所以第二电容器可具有较小的电容值(例如,在约10-7F/m2的量级)。因此,当将外部交流电压施加到电致发光装置时,施加在发射层108上的电位差可大于施加在离子导体层104与第一接触结构102的电极的界面处的双电层上的电位差。
离子导体层104可以包括离子实体和聚合物主体。离子实体可以分散在聚合物主体中。
离子实体可以是离子盐或离子液体。离子盐可以是碱金属盐,该碱金属盐选自但不限于碘化锂(LiI)、碘化钠(NaI)、碘化钾(KI)、氯化锂(LiCl)、氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、高氯酸锂(LiClO4)、高氯酸钠(NaClO4)和高氯酸钾(KClO4)。离子液体可具有选自但不限于咪唑鎓、吡啶鎓、烷基铵、烷基鏻、吡咯烷鎓、胍鎓和烷基吡咯烷鎓的阳离子。聚合物主体可以选自但不限于聚氧化乙烯(PEO)、聚氧化丙烯(PPO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯酸(PAA)及其任意组合。
在各个实施例中,第二接触结构106可以包括电极或由电极组成。该电极可以包括导电材料,例如,金属油墨,其包括但不限于银油墨、铜油墨、镍油墨和金油墨;金属氧化物油墨,其包括但不限于氧化铟锡油墨和铝掺杂氧化锌;以及碳基油墨,其包括但不限于碳粉末油墨、碳纳米管油墨和石墨油墨。该电致发光装置100可以包括第二接触结构106的电极,在第二接触结构106的电极上(与之接触)或上方的发射层108,以及发射层上(与之接触)或上方的离子导体层104。该装置100进一步可以包括在离子导体层104上(与之接触)或上方的第一导体结构102的电极。
在各种替代实施例中,第二接触结构106可以包括另一离子导体层。第二接触结构106还可以包括与该另一离子导体层接触的电极。该另一离子导体层可以位于(第二接触结构106的)电极和发射层108之间。
该电致发光装置100可以包括第一接触结构102的电极,在第一接触结构102的电极上(与之接触)或上方的离子导体层104,在离子导体层104上(与之接触)或上方的发射层108,在发射层108上(与之接触)或上方的另一离子导体层,以及在另一离子导体层上(与之接触)或上方的第二导体结构106的电极。
(第二接触结构106的)电极和另一离子导体层可形成界面,该界面可具有高于发射层108的电容值的电容值。通过另一离子导体层106与(第二接触结构106的)电极之间的界面处的双电层形成第三电容器。该第三电容器可以与由发射层108形成的第二电容器以及由第一导体结构102的电极和离子导体层104之间的界面形成的第一电容器串联连接。由于第三电容器具有小的电荷分离(例如,在几纳米的范围内),所以第三电容器可以具有大的电容值(例如,在约10-1F/m2的量级)。另一方面,由于第二电容器具有较大的电荷分离(例如,在200μm的范围内),所以第二电容器可具有较小的电容值(例如,在约10-7F/m2的量级)。因此,当将外部交流电压施加到该电致发光装置时,施加在发射层上的电位差可以大于施加在另一离子导体层与(第二接触结构106的)电极之间的界面处的双电层上的电位差。
在各个实施例中,第二电容器的电容值小于第一电容器的电容值,且小于第三电容器的电容值。因此,当将外部交流电压施加到该电致发光装置100时,施加在发射层108上的电位差大于施加在离子导体层104与第一接触结构102的电极之间的界面处的双电层上的电位差,且大于施加在另一离子导体层与第二接触结构106的电极之间的界面处的双电层上的电位差。
另一离子导体层可以包括离子实体和聚合物主体。离子实体可以分散在聚合物主体中。
离子实体可以是离子盐或离子液体。离子盐可以是选自但不限于LiI、NaI、KI、LiCl、NaCl、KCl、LiClO4,NaClO4和KClO4的碱金属盐。离子液体可具有选自但不限于咪唑鎓、吡啶鎓、烷基铵、烷基鏻、吡咯烷鎓、胍鎓和烷基吡咯烷鎓的阳离子。聚合物主体可以选自但不限于聚氧化乙烯(PEO)、聚氧化丙烯(PPO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯酸(PAA)及其任意组合。
在各个实施例中,发射层108可以包括配置为发射所述光的一种或多种电致发光元件。
在各个实施例中,该一种或多种电致发光元件可以是无机化合物。无机化合物可以选自但不限于硫化锌(ZnS)、硫化镉(CdS)、硫化钙(CaS)、硫化锶(SrS)、硒化镉(CdSe)及其任意组合。无机化合物可掺杂一种或多种选自但不限于镁、钴、银、铝、铜和镉的掺杂剂。掺杂浓度可以选自约0.01摩尔百分比(mol%)至约0.1摩尔百分比(mol%)的范围。该一种或多种电致发光元件可以是或者可以包括例如量子点、纳米线等的纳米结构。
在各种其它实施例中,该一种或多种电致发光元件可以是电致发光共轭聚合物。电致发光共轭聚合物可以选自但不限于聚对苯撑乙烯(PPV)、聚对苯撑乙烯的衍生物、聚(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)(PFO)、聚(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)的衍生物、聚(N-乙烯基咔唑)(PZO)、聚(N-乙烯基咔唑)的衍生物、聚对苯撑(PPP)和聚对苯撑的衍生物。本文提及的衍生物可以指复合材料,例如有机-无机复合材料。该一种或多种电致发光元件可以是复合材料,例如有机-无机复合材料。
在各种其他实施例中,该一种或多种电致发光元件可以是离子型过渡金属配合物。
在各个实施例中,发射层108可以进一步包括弹性体。该一种或多种电致发光元件可以嵌入或分散在弹性体中。弹性体可以选自但不限于:聚硅氧烷、聚环氧化物、聚硫橡胶、聚氨酯、聚丙烯酸酯、硅酮及其任意组合。一种或多种电致发光元件和弹性体可形成复合材料。换言之,发射层108可以包括一种或多种电致发光元件和弹性体的复合材料。在各个实施例中,弹性体可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
在各个实施例中,离子导体层104和/或另一离子导体层可以配置为至少允许由发射层发射的光部分穿过。离子导体层104和/或另一离子导体层可以是透明或半透明的。
在各个实施例中,离子导体层104可以覆盖发射层108的整个第一表面或与发射层108的整个第一表面重叠。在各个实施例中,另一离子导体层可以覆盖发射层108的整个第二表面或与发射层108的整个第二表面重叠。发射层108可以覆盖离子导体层104或与离子导体层104重叠,或/和可以覆盖另一离子导体层或与另一离子导体层重叠,以便防止离子导体层104与另一离子导体层之间的直接接触。当发射层108拉伸或变形时,离子导体层104和/或另一离子导体层可以与发射层108一起拉伸或变形,同时仍将AC电位差电压传输到发射层108,用于发射光。
在各个实施例中,电致发光装置100可以是打印装置。可以打印(包括2D和3D打印)离子导体层104和/或另一离子导体层。
在各个实施例中,可以将电致发光装置100的尺寸(例如装置100的长度)拉伸(即可拉伸的)超过该电致发光装置100的原始尺寸的100%,或超过200%,或超过500%,或超过600%,或超过700%,而不影响装置100的操作。换言之,电致发光装置100的拉伸尺寸与其原始尺寸的百分比(其可以称为拉伸应变)可以超过100%,或超过200%,或超过500%,或超过600%,或超过700%。在各个实施例中,可以将电致发光装置100的尺寸拉伸(即可拉伸的)至该电致发光装置100的原始尺寸的700%的极限。当装置100处于拉伸尺寸时,在第一接触结构102和第二接触结构106之间施加交流电压时,发射层108仍然能够发射光。
可选地,发射层108可以称为射出层。
图2是说明用于形成根据各个实施例的电致发光装置的方法的示意图200。该方法可以包括形成第一接触结构,该第一接触结构包括离子导体层(在202中)。该方法还可以包括形成第二接触结构(在204中)。该方法可以进一步包括在第一接触结构和第二接触结构之间形成发射层(在206中)。该发射层可以配置为当在第一接触结构和第二接触结构之间施加交流电压时发光。
换言之,该方法可以包括形成第一接触结构、第二接触结构和在第一接触结构和第二接触结构之间的发射层。第一接触结构可以包括离子导体层。当在第一接触结构和第二接触结构之间施加交流电压时,位于第一接触结构和第二接触结构之间的发射层发射光。
虽然将图2中的方法说明并描述为一系列步骤,但应该理解的是,对这些步骤的任何排序都不以限制性的方式来理解。换言之,这些步骤可以不一定按顺序进行。例如,步骤206(即,形成发射层)可以发生在步骤204(即,形成第二接触结构)之前,或/和步骤206可以发生在步骤202之前。此外,两个或更多个步骤可以同时发生。
可以在离子导体层上形成发射层之前,形成离子导体层。该方法可以进一步包括在发射层上形成另一离子导体层。
在各个实施例中,该装置可以包括位于离子导体层和另一离子导体层之间的发射层。可以通过在例如3M VHB带的基板上沉积或施加离子导体溶液,并进一步干燥该沉积或施加的离子导体溶液来形成该离子导体层。可以通过例如刮刀涂布、槽模涂布、喷涂、喷墨打印、3D打印或层层组装技术(layer-by-layer technique)(但不限于这些)的合适技术来沉积或施加离子导体溶液。离子导体溶液可以包括离子实体、聚合物主体和有机溶剂。可以在烘箱中干燥离子导体溶液以形成离子导体层。当干燥离子导体溶液时,可以使有机溶液充分蒸发以形成包含离子实体和聚合物主体的固体离子导体层。有机溶剂可以选自但不限于,碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、c-丁内酯(BL)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、乙腈及其任意组合。在各个实施例中,离子导体层的厚度可以是约1μm至约500μm之间的任意值。例如,通过刮刀涂布形成的离子导体层的厚度可以是约50μm至约500μm之间的任意值,并且通过层层组装技术形成的离子导体层的厚度可以是约1μm至约10μm之间的任意值。
可以在形成离子导体层之后,在离子导体层上形成发射层。可以通过在离子导体层上沉积或施加发射层材料(例如,一种或多种电致发光元件和弹性体前体溶液的混合物),并将该发射层材料固化来形成发射层。可以使用例如刮刀涂布的合适技术来沉积或施加发射层材料。一种或多种电致发光元件与弹性体前体溶液的重量比可以在1:2至约3:1的范围内。可以在约室温下进行固化约2小时。固化后,一种或多种电致发光元件和弹性体前体溶液的混合物可以形成包括一种或多种电致发光元件和弹性体的复合材料。可以将发射层的厚度控制在约50μm至约500μm之间的任意值。
在各个实施例中,可以通过在形成发射层之后,在发射层上沉积或施加另一离子导体溶液来形成另一离子导体层。离子导体溶液和另一离子导体溶液可以相同或可以不同。存在于离子导体溶液中的离子实体、聚合物主体和/或有机溶液与存在于另一离子导体溶液中的离子实体、聚合物主体和/或有机溶液可以相同或可以不同。另一离子导体溶液可以包括离子实体、聚合物主体和有机溶剂。可以在烘箱中干燥另一离子导体溶液以形成另一离子导体层。当干燥另一离子导体溶液时,可以使有机溶液充分蒸发以形成另一离子导体层,其包含离子实体和聚合物主体的固体。有机溶剂可以选自但不限于,碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、c-丁内酯(BL)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、乙腈及其任意组合。在各个实施例中,另一离子导体层的厚度可以是约1μm至约500μm之间的任意值。例如,通过刮刀涂布形成的另一离子导体层的厚度可以是约50μm至约500μm之间的任意值,并且通过层层组装技术形成的另一离子导体层的厚度可以是约1μm至约10μm之间的任意值。
该方法还可以包括形成第一电极,即第一接触结构的电极,其中第一电极与离子导体层接触。该方法还可以包括形成第二电极,即第二接触结构的电极,其中第二电极与另一离子导体层接触。可以通过将例如铜带或石墨纸的电导体连接到离子导体层来形成第一电极。在将离子导体溶液沉积或施加到基板上以形成离子导体层之前,可以在基板上提供第一电极,使得当形成离子导体层时,第一电极粘附到离子导体层或与离子导体层接触。可以通过将电导体(例如铜带或石墨纸)连接到另一离子导体层来形成第二电极。可以在形成另一离子导体层之后形成第二电极。
在各个其他实施例中,该装置可以包括发射层,该发射层位于离子导体层和包括诸如银油墨的电极材料的电极之间。在各个实施例中,可以将电极材料(例如银油墨)施加或沉积在基板上以形成电极。该方法可以进一步包括干燥电极材料以形成电极。
该方法还可以包括在形成电极之后,在电极上形成发射层。可以通过在电极上沉积或施加发射层材料(例如,一种或多种电致发光元件和弹性体前体溶液的混合物),并将该发射层材料固化来形成发射层。可以使用例如刮刀涂布的合适技术来沉积或施加发射层材料。一种或多种电致发光元件与弹性体前体溶液的重量比可以在1:2至约3:1的范围内。可以在约室温下进行固化约2小时。固化后,一种或多种电致发光元件和弹性体前体溶液的混合物可以形成包括一种或多种电致发光元件和弹性体的复合材料。可以将发射层的厚度控制在约50μm至约500μm之间的任意值。
该方法可以进一步包括在形成发射层之后在发射层上形成离子导体层。可以通过在发射层上沉积或施加离子导体溶液来形成离子导体层。可以通过例如刮刀涂布或层层组装技术的合适技术来沉积或施加离子导体溶液。离子导体溶液可以包括离子实体、聚合物主体和有机溶剂。有机溶剂可以选自但不限于,碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、c-丁内酯(BL)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、乙腈及其任意组合。在各个实施例中,离子导体层的厚度可以是约1μm至约500μm之间的任意值。例如,通过刮刀涂布形成的离子导体层的厚度可以是约50μm至约500μm之间的任意值,并且通过层层组装技术形成的离子导体层的厚度可以是约1μm至约10μm之间的任意值。可以在离子导体层上形成另一电极。
也可以设想,可以反过来首先形成离子导体层,接着在离子导体层上形成发射层,并在形成发射层之后在发射层上形成电极。在各个实施例中,通过三维(3D)打印至少可以部分形成第一接触结构、第二接触结构和发射层。例如,可以通过3D打印形成离子导体层和/或另一离子导体层。
图3示出了根据各个实施例的电致发光装置300的示意图。电致发光装置300可以包括离子导体层304、另一离子导体层312以及离子导体层304和另一离子导体层312之间的发射层308。
装置300可以称为交流电致发光(ACEL)装置。
装置300还可以包括在离子导体层304上(与之接触)或与离子导体层304接触的第一电极310,以及在另一离子导体层312上(与之接触)或与另一离子导体层312接触的第二电极314。第一电极310和离子导体层304可以构成第一接触结构302,并且第二电极314和另一离子导体层312可以构成第二接触结构306。发射层308可以包括嵌入弹性体中的一种或多种电致发光元件(其可以称为交流电致发光(ACEL)材料)。
在各个实施例中,离子导体层304、另一离子导体层312和发射层308、第一电极310和第二电极314可以位于基板316上方。装置300还可以包括在离子导体层304、另一离子导体层312、发射层308、第一电极310和第二电极314上方的密封层318。离子导体层304、另一离子导体层312、发射层308、第一电极310、第二电极314和密封层318可以形成垂直堆叠布置。
可以在形成第一接触结构302之后形成发射层308。可以在形成发射层之后形成第二接触结构310。可以在形成第二接触结构310之后形成密封层318。
ACEL材料的实例可以包括但不限于,可选地掺杂ZnS、可选地掺杂CdS、可选地掺杂CaS、可选地掺杂SrS及其组合。可以使用不同的掺杂剂和掺杂浓度。例如,可以使用镁、钴、银、铝、铜和镉作为具有约0.01摩尔百分比(mol%)至约0.1摩尔百分比(mol%)之间的掺杂浓度的掺杂剂或共掺杂剂。
ACEL材料可以可选地或额外地包括共轭聚合物,例如但不限于聚对苯撑乙烯(PPV)、聚(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)(PFO)、聚(N-乙烯基咔唑)(PVK)、聚对苯撑(PPP)及其衍生物(例如有机-无机复合材料)。ACEL材料可以包括用于发光电化学电池(LEEC)的电致发光聚合物。ACEL材料可以可选地或额外地包括离子型过渡金属配合物(iTMC)。
弹性体可以包括但不限于,聚硅氧烷、聚环氧化物、聚硫橡胶、聚氨酯、聚丙烯酸酯和硅酮(例如Ecoflex)。
如图3所示的发射层308可以包括ZnS:Cu/Ecoflex复合材料。
通过第一电极310和离子导体层304之间的界面处的双电层可以形成电容器C1,并且通过第二电极314和另一离子导体层312之间的界面处的双电层可以形成电容器C3。电容器C2可以由ZnS:Cu/Ecoflex复合材料形成。
图4A示出了一种等效电路布置400a的示意图,该等效电路布置代表与交流(AC)源连接的根据各个实施例的图3的装置。用于施加交流电压的交流源由Vs表示。C1、C2和C3上的电位差分别由V1、V2和V3表示。电容器C1、C2和C3可以串联布置。
当将离子导体应用于在高电压下操作的装置时,电化学稳定性可能是关键考虑因素。ACEL装置可能需要约100V至约1000V的光发射。取决于电极材料,锂基聚碳酸酯电解质的电化学稳定窗口可以约为3V。
由于每个双电层都具有小的电荷分离(在几nm的范围内),所以每个双电层都可以具有约10-1F/m2量级的大的电容值。相反,包含聚合物粘合剂的ACEL装置的发射层的介电电容器C2可具有显著更大的电荷分离(约200μm),导致约10-7F/m2量级的小得多的电容。
C2具有电容值C2,其可比电容器C1的电容值(C1)或C3的电容值(C3)小得多。C2/C1的比值或C2/C3的比值可以小于10-4(例如,大约10-5),这取决于电容器的面积。由于电容器是串联的,且每个电容器中存储的电荷相同,C1V1=C2V2=C3V3。由于双层界面的电容大很多,所以在双层界面上分布的电位差很小(对于在1000V下工作的ACEL装置为~10-3V),因此,大部分所施加的电位差可以耦合在具有较小电容的发射层上。
图4B是电容(法拉或F)作为频率(赫兹或Hz)的函数的曲线图400b,其示出了根据各个实施例的装置的双层的电容(由线402表示)和发射层的电容(由线404表示)的变化。
图4C示出了根据各个实施例的可拉伸电致发光(EL)装置在不同方向上拉伸的照片400c。图4D示出了根据各个实施例的电致发光(EL)装置在拉伸和扭曲下的照片400d。
如图4C和图4D所示,在使用离子导体作为高度可拉伸电极的ACEL装置中也可以实现明亮的发射,即使当装置被拉伸、扭曲或变形时。该装置可以单轴拉伸、呈对角线拉长、扭曲或经受其他机械变形,并且在施加交流电位差电压时仍然可以发光。
用溶液处理方法可以容易地沉积离子导体层和发射层。也可以将该装置图案化为不同的装置几何形状,即形成为阵列的一部分。图4D中所示的可拉伸ACEL装置被图案化为阵列的一部分。即使在高度拉伸的状态下,也可以维持阵列的发射性能。
图4E是阻抗的虚部(欧姆或Ω)作为阻抗的实部(欧姆或Ω)的函数的曲线图400e,其示出了用于根据各个实施例的装置的离子导体的电化学阻抗谱测量。将该离子导体夹在两块氧化铟锡(ITO)玻璃之间。每块ITO玻璃的宽度为0.7cm,长度为1.3cm,厚度为0.05cm。
图4F是可用于根据各个实施例的装置的发射层中的、掺杂有铜(ZnS:Cu)的硫化锌的扫描电子显微镜图像400f。
与传统电导体相比,离子导体可具有极高的透射率和可拉伸性。离子导体层溶液可以包括在有机溶剂中的离子实体和聚合物主体。离子实体可以是碱金属盐,例如碘化锂(LiI)、碘化钠(NaI)、碘化钾(KI)、氯化锂(LiCl)、氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、高氯酸锂(LiClO4)、高氯酸钠(NaClO4)和高氯酸钾(KClO4);或具有阳离子的离子液体,阳离子为例如咪唑鎓、吡啶鎓、烷基铵、烷基鏻、吡咯烷鎓、胍鎓和烷基吡咯烷鎓。
聚合物主体可以包括但不限于,聚氧化乙烯(PEO)、聚氧化丙烯(PPO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯酸(PAA)或其任意组合。
有机溶剂可以包括但不限于,碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、c-丁内酯(BL)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、乙腈或其任意组合。
图4G示出了表示根据各个实施例的装置的等效电路布置的另一示意图400g。C双层表示一个或多个双电层的电容;R导体表示离子导体层的电阻;Ce表示发射层的有效电容;Re表示发射层的有效电阻。Vs表示用于施加交流(AC)电位差电压的电压源。
图4H是亮度(坎德拉每平方米或cd/m2)作为频率(赫兹或Hz)的函数的曲线图400h,其示出了根据各个实施例的电致发光装置的亮度-频率特性。
如图4H所示,对于低于1kHz的电压频率,EL装置的亮度随着施加偏压的频率增加而增加。在施加电压的每个循环下,亮度中心可以被激发并且发生放射性地弛豫以进行光发射。当施加频率低于阈值频率时,发射强度可随着施加频率的增加而增加。超过阈值频率而进一步增加施加频率可导致发射强度降低。如图4G所示,ACEL装置中的发射层的等效电路可以包括串联连接的有效电阻(Re)和电容(Ce)。发射层的有效电阻(Re)可取决于荧光粉中的电阻,并且随着施加频率的增加而减小,这可能是由于随着相对再结合时间随频率增加而减小,荧光粉的电导率增加而引起的。相反,离子导体层的电阻(R导体)随着施加频率的增加而增大,这在发射层的有效电阻(Re)降低到一个特定值之后会影响装置性能。尽管通过提高离子导体层的电导率可以进一步提高ACEL装置的操作频率,但高频率(~10kHz)可导致荧光体中的饱和效应,因为加速的电子在循环期间可能不能再结合。高频操作也可能降低荧光体的寿命(L/L0=(1+αt)-1,其中L为实际亮度,L0为初始亮度,α为几乎与频率成正比的常数)。对于典型的EL装置,使用400Hz的交流频率可以实现2000小时的寿命要求。
图5A是示出一玻璃瓶已制备的离子导体溶液(左)(用于形成根据各个实施例的装置)以及涂覆有离子导体(约200μm厚)的载玻片(右)的图像500a。
置于50ml瓶中并涂覆在图5A所示的载玻片上的离子导体溶液显示出优异的透明度。图5B是透射率百分比(百分比或%)作为波长(纳米或nm)的函数的曲线图500b,其示出了图5A的离子导体涂覆的载玻片的透射光谱。使用裸露的载玻片作为参照来测量离子导体的透明度。
如图5B所示,在约350nm至约850nm的波长范围内离子导体的透射率几乎达到100%(超过Shimadzu UV-2500pc光谱仪的测光精度,±0.3%)。
图5C是示出涂覆有离子导体504(用于根据各个实施例的装置中)的3M VHB带502的示意图,其具有两个石墨电极(506、508)作为外部连接以研究离子导体的电学性能和可拉伸性。
图5C的上部示出了处于其原始长度L0的带502。图5C的下部示出了被拉伸至长度为λL0的带502,其中λ表示拉伸应变。已经在不同的拉伸应变下对离子导体进行了测试。图5D是根据各个实施例的电阻比(变形状态下的离子导体的电阻与未变形状态下的离子导体的电阻之比(即R/R0))作为拉伸应变(λ)的函数的曲线图500d。已经在高达700%的拉伸应变下对离子导体进行了测试。离子导体的电阻随λ2成比例增加。
导体的电阻可以由R=ρL/A得出,其中ρ为电阻率,L和A为导体的长度和横截面积。离子导体在变形状态下的L/A与λ2L0/A0成正比,其中L0和A0为未变形状态下的离子导体的长度和横截面积。图5D的电阻线与R/R0=αλ2曲线(其中α为常数)紧密匹配,表明电阻的变化仅仅归因于离子导体的几何变化,并且电阻率与机械变形无关。
离子导体的可拉伸性和机械稳定性显著超过传统透明电极的可拉伸性和机械稳定性。例如,已知嵌入弹性体中的可拉伸的和透明的银纳米线(AgNWs)的电阻在100%的拉伸应变下增加约20至约35倍。已知嵌入弹性体中的碳纳米管(CNT)膜的电阻在120%的拉伸应变下增加超过8倍。另外,重复变形下电导率显著劣化可能是传统电极中的另一个关键问题。相反,离子导体可以容易地适应机械变形,并且在从拉伸恢复之后可以维持相当恒定的电导率。
图5E是离子导体(用于根据各个实施例的装置中)的电阻(欧姆或Ω)作为循环数的函数的曲线图500e,其中每个循环包括从松弛状态拉伸至高达700%并且回复到松弛状态。图5E示出了在1000个循环中随着循环次数增加,电阻保持相当恒定。实际上,图5E示出了1000个循环后电阻的增加小于该装置原始电阻的10%。虽然离子导体的电导率与电子导体相比可能更低(低约102),但离子导体仍然可适用于其中电导率要求可容易满足的电子部件,例如ACEL装置。
虽然已经用嵌入PDMS中的AgNWs膜作为可拉伸的透明导体展示了可拉伸的ACEL装置,但这些装置在100%时表现出有限的可拉伸性。利用极其可拉伸的和透明的离子导体,ACEL装置的可拉伸性显示出显著改善。图6A是示出根据各个实施例的电致发光装置拉伸到不同应变的照片600a。如图6A所示,ACEL装置可以拉长达700%,同时维持装置操作。
图6B是亮度(坎德拉每平方米或cd/m2)作为电场(伏特/微米或V/μm)的函数的的曲线图600b,其示出了根据各个实施例的可拉伸电致发光装置在0%应变下的亮度-电场特性。图6C是强度(任意单位或a.u.)作为电场(伏特/微米或V/μm)的函数的曲线图600c,其示出了根据各个实施例的可拉伸电致发光装置在不同应变下的亮度-电场特性。
图6B示出了极其可拉伸的ACEL装置在拉伸前的发射性能。ACEL装置的亮度被绘制为频率约为2kHz的电场的函数。发射亮度与ACEL装置上的施加电压之间的关系遵循等式L=L0exp(-β/V1/2),其中L为亮度,V为施加电压,L0和β为由装置决定的常数。实验数据与该等式很好地吻合(如图6B所示)。此外,装置在应变下的实验数据也与具有不同的L0和β的等式很好地吻合(如图6C所示)。发射亮度与施加电压之间的关系导致装置在不同拉伸应变下的独特行为。
当在恒定偏压下将装置拉伸到不同状态时,检测发射性能。图6D是根据各个实施例的装置的强度(任意单位或a.u.)作为拉伸应变(百分比或%)的函数的曲线图600d。如图6D所示,可拉伸EL装置的发射强度首先随着拉伸应变增加而增加,并且在280%(I280/I0=282%,其中I280和I0分别为在280%和0%应变时的发射强度)时达到最大值。然后当应变超过280%时,发射强度降低。700%应变时的发射强度是0%应变(即原始非应变状态)时的发射强度的约70%。各个实施例可以在约200%至约700%之间的任意应变值下,实现0%应变时的发射强度的约70%或以上的发射强度。图6E是根据各个实施例的装置在不同应变下的强度(任意单位或a.u.)作为波长(纳米或nm)的函数的曲线图600e。该装置的发射光谱的波形在不同的应变下保持相对不变。可以通过结合发射亮度-施加电压关系与在应变增加下发射层厚度减小以及装置面积增加产生的影响,来理解可拉伸EL装置在不同应变下的发射强度的变化。减小膜厚度导致发射层中的电场增加(有助于增加装置亮度),而增加装置面积导致聚合物基体中的荧光体密度下降(这有助于降低装置亮度)。先前在使用AgNWs作为透明电极的可拉伸ACEL装置中报道了发射层中的发射膜厚度与荧光体密度之间的关系(J.Wang et al.,Nanoscale,6,10734,2014)。Wang et al.的装置在低于30%应变下发射强度稍微增加,随后在较大应变下强度降低。然而,在涉及具有离子导体的ACEL装置的本实验中,观察到强度增加直至应变达到280%。
用作Wang et al.的可拉伸和透明导体的AgNWs膜中的很大不同的网络结构和电阻对于在应变超过30%时发射的降低可以起重要作用。透光率可以通过网络结构的开放区域进行。然而,由于开放区域中电阻较高,电场可能会聚集在纳米线周围,并且在远离纳米线的开放区域中具有降低的场强度。在应变增加的情况下,开放区的面积可能增加,导致这些开放区域中的电场进一步减小,从而导致较低的发射强度。与AgNW网络相比,在拉伸时离子导体层可以完全覆盖发射层的表面,因此在不同应变下在整个离子导体层中表现出更稳定的电阻。因此,电极层(即离子导体层)的应变可以对发射强度产生较小的影响,并且仅在应变超过280%之后观察到强度降低,而此时荧光体密度和电极电导率降低的影响开始占主导地位。
本发明还研究了该可拉伸EL装置的循环稳定性。将高度可拉伸的ACEL装置从约40%拉伸至约400%。由于高应变装置需要相对较长的时间(几个小时)才能完全恢复到初始状态,因此只允许装置在40%处松弛以减少测试时间。图7A是根据各个实施例的装置在25个循环中的电致发光强度(任意单位或a.u.)作为循环次数的函数的曲线图700a。图7A示出了比值B400/B40在1.66至2.01之间变化,其中B400和B40分别为装置在400%和40%拉伸应变下的亮度。该变化可能是由于应变状态改变期间高应变聚合物中的机械滞后造成的。
图7B是根据各个实施例的装置在1000个循环中的电致发光强度(任意单位或a.u.)作为循环次数的函数的曲线图700b。将一个装置从0%拉伸至约400%进行1000个循环,而将另一个装置从0%拉伸至约40%进行1000个循环。图7B显示,与传统可拉伸EL装置相比,根据各个实施例的装置的性能可以相当稳定。拉伸至约400%的1000个循环之后,该装置的发射强度维持在(装置在循环测试开始时的发射强度的)约85%。每个循环可以涉及从0%应变拉伸至预定值(例如,40%应变或400%应变)并回复至0%应变。从0%拉伸至40%与400%之间的一个值重复1000个循环之后,各个实施例的发射强度可以达到原始发射强度的80%以上。初始拉伸-松弛循环中的发射波动是由于测量期间电极与离子导体层之间的接触问题引起的。已经证明,ACEL装置中的优异机械顺从性超过具有可拉伸发射元件的传统EL装置。
图8A是示出根据各个实施例的装置800的示意图。装置800可以包括包含离子导体层804和电极810的第一接触结构802以及导电材料(例如银油墨)的第二接触结构806。装置800可以进一步包括发射层808(在PDMS中含有例如ZnS:Cu),该发射层位于第一接触结构802和第二接触结构806之间。发射层808的第一表面可以与第一接触结构802(即离子导体层804)接触,并且发射层808的第二表面(与第一表面相对)可以与第二接触结构806接触。离子导体层804可以覆盖发射层808的整个第一表面,并且银油墨可以覆盖发射层808的整个第二表面。发射层808可以覆盖银油墨的整个表面,以防止离子导体层804与银油墨之间的直接接触。
发射层808、第一接触结构802和第二接触结构806可以位于基板816之上。装置800还可以包括在发射层808、第一接触结构802和第二接触结构806之上的密封层818。发射层808、第一接触结构802和第二接触结构806以及密封层818可以形成垂直堆叠布置。
离子导体层804和银油墨可以使装置呈现出良好的可拉伸性和/或变形性。离子导体层804还可以呈现出良好的光学光透射率。
使用挤压方法可以容易地使离子导体溶液沉积,从而实现完全可打印的ACEL装置。诸如氧化铟锡(ITO)、银纳米线(AgNW)、碳纳米管(CNT)、石墨烯或金属网的传统透明电极材料可能需要复杂的沉积技术和/或严格的沉积条件,使得完全可打印的电致发光装置难以实现。在各个实施例中,可以通过定制的三维(3D)打印机(即,用于打印三维(3D)目标的打印机)来打印所有功能层(即,第一接触结构802、发射层808和第二接触结构806)。用于ACEL装置的透明电极的离子导体的开发可以解决传统电极材料的缺点。
图8B是示出根据各个实施例的电致发光装置800的阵列的示意图。通过三维打印机来打印装置800。图8B还示出,电极810被打印为连接到离子导体层,并且电极814被打印为连接到银油墨层。图8B的插图示出了用于制造根据各个实施例的装置800的三维(3D)打印机头。可以如图8B所示来设计装置800的阵列。然后可以将该3D结构设计转换为3D打印机的编程语言G-代码。使用定制的3D打印机来打印ACEL装置800。
可以按顺序打印包括银油墨层的第二接触结构806、发射层808和第一接触结构802。换言之,可以首先形成第二接触结构806,随后形成发射层808。可以在形成发射层808之后形成第一接触结构802。
图8C示出了操作中的该阵列的照片850,其中将一个根据各个实施例的装置800打开。图8D示出了操作中的该阵列的照片860,其中将另一个根据各个实施例的装置800打开。图8E示出了操作中的该阵列的照片870,其中将两个根据各个实施例的装置800打开。
每个装置800可以形成一个像素。因此,可以独立地控制和打开每个像素。随着使能技术的建立,可以形成定制的EL阵列,从而为EL结构的增材制造带来新的可能性。
各个实施例可以包括作为电极的离子导体层。与传统的电子电极相比,离子导体可具有极高的可拉伸性和/或改进的光学透射率。可以用简单的混合工艺来制备离子导体,并且可以用不同的方法(例如旋涂、丝网印刷和喷墨打印等)容易地将其沉积到任意基板上。离子导体可以使所有类型的电致发光装置受益,包括传统的刚性和平面型装置,以及新兴的“软”型装置。
已经证明,通过使用高度可拉伸的离子导体,高度可拉伸的ACEL装置的一个实施例具有700%的可拉伸性记录。也观察到可拉伸ACEL装置的一个实施例显示出独特的发射行为,在280%以下的较小拉伸应变下发射强度随着应变增加而增大,并且在较大的拉伸应变下发射强度随着应变增加而降低。装置在700%应变时的实施例的亮度仍然可以维持在0%应变时的初始发射强度的约70%。ACEL装置的各个实施例还可以具有改进的机械稳定性,并且可以重复拉伸至400%同时该装置维持相当稳定的性能。各个实施例可以在可拉伸照明、立体3D显示器、交互式读出系统和/或其他前所未有的应用中提供新的机会。
实施例
离子导体的制备
例如,使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、高氯酸锂(LiClO4)、碳酸丙烯酯(PC)和乙腈来制备离子导体。首先将LiClO4溶解在PC中,LiClO4与PC的重量比在1:20至1:2之间。在LiClO4完全溶解后,可以将乙腈与溶液混合,乙腈与PC的重量比在1:2至5:1之间。可以将PMMA缓慢添加到混合溶液中,PMMA与PC的重量比在1:2至5:1之间。在PMMA完全溶解之后,可以将溶液以约500至约2000转/分钟(rpm)搅拌过夜,以获得粘稠且透明的凝胶状溶液。
用离子导体制造ACEL装置
可以通过刮刀涂布将如上制备的离子凝胶状溶液沉积到3M VHB带(厚度在约0.1mm至约2mm之间)上,沉积的凝胶的厚度在约50μm至约500μm之间变化。也可以通过层层组装技术组装离子导体膜,以实现约1μm至约10μm之间的较小厚度。
然后可将离子导体凝胶状溶液在烘箱中在约60℃下干燥6小时,以使乙腈完全蒸发以形成用于形成后续层的固体离子导体层。
如上所强调的,碳酸丙烯酯和乙腈都可以用作溶剂以制备离子导体溶液。可能需要在底部电极中蒸发乙腈以用于后续形成发射层。凝胶状溶液可能是不合需要的,因为它可能不会为发射层提供足够支撑。乙腈可能会防止发射层的固化。
弹性聚合物基体可以用于发射层以使其具有可拉伸性。例如,Ecoflex 00-50可以用作聚合物基体。可以用1份Ecoflex 00-50A和1份Ecoflex 00-50B来制备硅酮弹性体。可以将ACEL材料(即电致发光元件)嵌入弹性聚合物基体中。例如,可以将ZnS:Cu微粒与Ecoflex溶液混合,微粒与Ecoflex溶液的重量比在1:2至3:1之间。然后可以通过刮刀涂布将制备的ZnS:Cu/Ecoflex复合材料涂覆在离子导体层上,厚度控制在约50μm至约500μm之间。可以使该复合材料在室温下固化2小时。随后可以涂覆厚度为约50μm至约500μm的另一离子凝胶层(即另一离子导体层)作为顶部电极。可以使用铜带或石墨纸将离子导体层与外部电源电连接。可以将厚度在约0.1mm至约2mm之间的VHB带层压在顶部,以密封装置结构并完成装置制造。
装置的表征
通过Shimadzu光谱仪(UV-2501pc)测量透射光谱。通过Agilent E4980A精密LCR测量仪测量离子导体层的电容和电阻。在室温下在国产电动线性位移平台上进行样品的拉伸试验。使用连接到功率放大器(Trek PZD 2000)的函数发生器(Yokogawa FG 300)将交流电压施加到电致发光装置。通过连接到Acton SP-2300单色仪的光学纤维收集来自该装置的发射。通过单色仪中的Princeton Pixis 100B光谱电荷耦合装置(CCD)检测器测量来自该装置的发射光谱。用Konica CS-200分光辐射度计测量装置的亮度。
虽然参照具体实施例已经具体示出和描述了本发明,但是本领域技术人员应该理解,在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的前提下,可以在其中作出形式上和细节上的各种改变。因此,本发明的范围由所附权利要求限定,并且因此旨在涵盖落入权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变。
Claims (20)
1.电致发光装置,包括:
第一接触结构,所述第一接触结构包括离子导体层和与所述离子导体层接触的电极;
第二接触结构;以及
发射层,其位于所述第一接触结构和所述第二接触结构之间,
其特征在于,所述发射层配置为当在所述第一接触结构和所述第二接触结构之间施加交流电压时发光;
其中所述发射层包括弹性体和嵌入所述弹性体中的一种或多种电致发光元件;
其中所述第一接触结构的电极和所述离子导体层形成界面,所述界面具有高于所述发射层的电容值的电容值;以及其中所述发射层与所述离子导体层接触。
2.根据权利要求1所述的电致发光装置,其特征在于,所述离子导体层包括离子实体和聚合物主体。
3.根据权利要求1所述的电致发光装置,其特征在于,所述第二接触结构包括电极。
4.根据权利要求1所述的电致发光装置,其特征在于,所述第二接触结构包括:
另一离子导体层;以及
与所述另一离子导体层接触的电极。
5.根据权利要求4所述的电致发光装置,其特征在于,所述另一离子导体层包括离子实体和聚合物主体。
6.根据权利要求4所述的电致发光装置,其特征在于,所述第二接触结构的电极和所述另一离子导体层形成界面,所述界面具有高于所述发射层的电容值的电容值。
7.根据权利要求1所述的电致发光装置,其特征在于,所述一种或多种电致发光元件为无机化合物。
8.根据权利要求7所述的电致发光装置,其特征在于,所述无机化合物选自硫化锌(ZnS)、硫化镉(CdS)、硫化钙(CaS)、硫化锶(SrS)、硒化镉(CdSe)及其任意组合。
9.根据权利要求7所述的电致发光装置,其特征在于,所述一种或多种无机化合物掺杂有选自镁、钴、银、铝、铜和镉的一种或多种掺杂剂。
10.根据权利要求1所述的电致发光装置,其特征在于,所述一种或多种电致发光元件为电致发光共轭聚合物。
11.根据权利要求10所述的电致发光装置,其特征在于,所述电致发光共轭聚合物选自聚对苯撑乙烯、聚对苯撑乙烯的衍生物、聚(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)、聚(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)的衍生物、聚(N-乙烯基咔唑)、聚(N-乙烯基咔唑)的衍生物、聚对苯撑(PPP)和聚对苯撑的衍生物。
12.根据权利要求1所述的电致发光装置,其特征在于,所述一种或多种电致发光元件为离子型过渡金属配合物。
13.根据权利要求1所述的电致发光装置,其特征在于,所述离子导体层配置为至少允许由所述发射层发射的光部分通过。
14.根据权利要求1所述的电致发光装置,其特征在于,所述电致发光装置的尺寸能够拉伸至超过所述电致发光装置的原始尺寸的100%。
15.根据权利要求14所述的电致发光装置,其特征在于,所述电致发光装置的尺寸能够拉伸至高达所述电致发光装置的原始尺寸的700%的极限。
16.形成电致发光装置的方法,所述方法包括:
形成第一接触结构,所述第一接触结构包括离子导体层和与所述离子导体层接触的电极;
形成第二接触结构;以及
形成发射层,所述发射层位于所述第一接触结构和所述第二接触结构之间,其特征在于,所述发射层配置为当在所述第一接触结构和所述第二接触结构之间施加交流电压时发光;
其中所述发射层包括弹性体和嵌入所述弹性体中的一种或多种电致发光元件;
其中所述第一接触结构的电极和所述离子导体层形成界面,所述界面具有高于所述发射层的电容值的电容值;以及
其中所述发射层与所述离子导体层接触。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,在所述离子导体层上形成所述发射层之前,形成所述离子导体层。
18.根据权利要求16所述的方法,进一步包括:
在所述发射层上形成另一离子导体层。
19.根据权利要求18所述的方法,进一步包括:
形成所述电极,使所述电极与所述离子导体层接触;以及
形成另一电极,使所述另一电极与所述另一离子导体层接触。
20.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,通过三维(3D)打印至少部分形成所述第一接触结构、所述第二接触结构和所述发射层。
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