CN112087836B - 一种可动态变色的柔性电致发光器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于智能电子器件技术领域，具体为一种可动态变色的柔性电致发光器件及其制备方法。本发明将电致发光粉与聚合物溶液均匀共混得到的复合活性材料，通过溶液成膜的方法，在柔性透明的导电基底层层堆叠介电常数不同的双发光层，再在上层构建一层电极层，制备出柔性电致发光器件。该器件在驱动的电场强度升高的过程中，发光颜色能从橙光实时变到白光再到蓝光。本发明的电致发光变色器件具有优异柔性和机械稳定性，并能设计成各种形状，显示不同图案。本发明可在伪装或时尚装饰等智能可穿戴设备领域发挥巨大的应用潜力。
Description
技术领域
本发明属于智能电子器件技术领域，具体涉及一种可动态变色的柔性电致发光器件及其制备方法。
背景技术
柔性电子器件在电子皮肤、人机交互、生物医学等新兴领域发挥着重要作用，发光器件作为基本且重要的组件之一，在信息可视化显示、固态照明、传感等方面扮演着重要角色。通过简单地将电致发光粉分散到柔性聚合物基体中构建发光活性层，再与上下两电极组装制备得到的柔性交流电致发光器件，具有简易的制备工艺、较低的生产成本、出色的耐用性以及可在恶劣环境下稳定工作等独特特性，被视为柔性显示强有力的候选者。
同时，作为发光器件，发光颜色的多样性以及可调性对于显示、指示或装饰至关重要。然而，遗憾的是，到目前为止仍没有有效的策略实现单个器件发光颜色的实时动态调控。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可动态变色的柔性电致发光器件及其制备方法。
本发明提供的可动态变色的柔性电致发光器件，利用全溶液制备法，在柔性透明电极基底上，依次构建不同介电常数的双发光层，最后在此基础上涂覆一层导电活性材料。
本发明提供的可动态变色的柔性电致发光器件的制备方法，具体步骤如下：
（1）制备发光活性组分：取适量的电致发光粉，加入到聚合物溶液中，搅拌混合均匀，得到发光粉/聚合物复合材料；其中，选取不同光色的电致发光粉和不同介电常数的聚合物，得到不同光色的复合材料；尤其可得到具有低介电常数的橙光发光粉/聚合物复合活性材料，以及具有高介电常数的蓝光发光粉/聚合物复合活性材料；
（2）制备发光层：将步骤（1）所制备的具有低介电常数的橙光发光粉/聚合物复合活性材料，均匀构建在柔性透明电极上，得到橙光发光层；待干燥后，再用同样的方法在其上均匀地构建具有高介电常数的蓝光发光粉/聚合物复合活性材料，得到蓝光发光层；
（3）构建电致发光器件：在步骤（2）所得到的发光层上涂覆一层导电活性材料，并进行干燥处理，得到可动态变色的柔性电致发光器件。
本发明步骤（1）中，所述电致发光粉包括铜、铝、氯、锰等掺杂的硫化锌，所述聚合物选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、氰基树脂。
本发明步骤（1）中，制备发光活性组分的操作步骤为：将聚合物先配制成固含量为15%-30%聚合物溶液，再按照电致发光粉与聚合物质量比为0.5:1-3:1（（0.5-3）:1）进行机械混合，得到发光活性组分。
本发明步骤（2）中，所述的柔性透明电极选自氧化铟锡/聚对苯二甲酸乙二醇酯、氧化铟锡/聚萘二甲酸乙二醇酯、银纳米线/聚氨酯。
本发明步骤（2）中，所述的发光层构建为层层涂覆，先均匀地在柔性透明电极上构建低介电常数的橙光层，厚度为30-80微米，再在其上构建高介电常数的蓝光层，厚度为30-80微米。
本发明步骤（3）中，所述的导电活性材料选自银纳米线、银浆、聚3,4-乙烯二氧噻吩、导电油墨。
上述制备方法制备的柔性电致发光器件，在高的驱动频率下，可通过调节器件的驱动电场，实现器件发光颜色由橙光变到白光以及蓝光的实时调控。
上述制备方法制备的柔性电致发光器件，可通过调节器件的驱动频率，实现器件发光颜色更广的变色范围。例如选择低的驱动频率，通过调节器件的驱动电场，可实现器件发光颜色由橙光变到绿光的实时调控。
本方明通过对器件的电极进行简单的图案化处理，可得到不同形状图案的柔性电致发光器件，如“变色龙”图案，有望为柔性可穿戴设备提供变色、显示、伪装等功能。
本发明柔性电致发光器件，在弯曲过程中发光亮度及发光颜色保持不变，在 1000次弯曲测试后，发光亮度保持在初始亮度值的 97%以上，表现出优异的柔性和稳定性。
附图说明
图1为可动态变色的柔性电致发光器件的结构。其中，a为器件示意图，b为器件截面的扫描电子显微镜图像，c为器件截面的荧光显微镜图像。
图2为可动态变色的柔性电致发光器件在2kHz驱动频率下的发光性能。其中，a为发光光谱随电场强度变化图，b为相应的色坐标变化图，c为变色的实物照片。
图3为可动态变色的柔性电致发光器件在50 Hz驱动频率下的发光性能。其中，a为发光光谱随电场强度变化图，b为变色的实物照片，c为通过调节驱动电场和频率能实现单一器件的理想变色范围。
图4为可动态变色的柔性电致发光器件的柔性和稳定性测试数据。其中，a为器件在不同弯曲半径下的发光亮度变化曲线图；内插图为器件在2 V/μm和5V/μm电场强度下的发光光谱图，b为器件在不同弯曲半径下相应的色坐标变化，c为器件在不同弯曲次数下的发光亮度变化曲线图；内插图为器件在2 V/μm和5V/μm电场强度下的发光光谱图，d为器件在不同弯曲次数下相应的色坐标变化。
图5为大面积制备具有“变色龙”图案的柔性电致发光器件的光学照片。其中，a为器件的实物图，b-d为器件在不同的变形条件下正常工作的照片，e为“变色龙”的动态实时变色照片。
具体实施方式
实施例1
（1）制备发光活性组分：取2克锰掺杂的硫化锌电致发光粉，加入到10克固含量为20%苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体/甲苯溶液中，搅拌混合均匀，得到低介电常数的橙光发光粉/聚合物复合活性材料；取2克铜掺杂的硫化锌电致发光粉，加入到10克固含量为20%氰基树脂溶液中，搅拌混合均匀，得到高介电常数的蓝光发光粉/聚合物复合活性材料；
（2）制备发光层：将步骤（1）所制备的橙光发光粉/聚合物复合活性材料，通过溶液旋涂到柔性氧化铟锡/聚对苯二甲酸乙二醇酯基底上，得到橙光发光层，放至热台80℃干燥5分钟后，再在其上旋涂步骤（1）所制备的蓝光发光粉/聚合物复合活性材料，得到蓝光发光层，放至热台100℃干燥60分钟；
（3）构建电致发光器件：在步骤（2）所得到的蓝光发光层上，旋涂银纳米线溶液，并放置热台80℃干燥20分钟，得到可动态变色的柔性电致发光器件。当驱动频率为2kHz，驱动电场从1V/μm升至5 V/μm时，器件发光颜色能从橙光变化到白光最后到蓝光。器件具有优异的柔性，在1000次弯曲后仍能保持在初始发光亮度的97%以上。
实施例2
（1）制备发光活性组分：取2克锰掺杂的硫化锌电致发光粉，加入到10克固含量为20%苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体/甲苯溶液中，搅拌混合均匀，得到低介电常数的橙光发光粉/聚合物复合活性材料；取2克铜掺杂的硫化锌电致发光粉，加入到10克固含量为20%聚氨酯溶液中，搅拌混合均匀，得到高介电常数的蓝光发光粉/聚合物复合活性材料；
（2）制备发光层：将步骤（1）所制备的橙光发光粉/聚合物复合活性材料，通过溶液旋涂到柔性氧化铟锡/聚对苯二甲酸乙二醇酯基底上，得到橙光发光层，放至热台80℃干燥5分钟后，再在其上旋涂步骤（1）所制备的蓝光发光粉/聚合物复合活性材料，得到蓝光发光层，放至热台80℃干燥20分钟；
（3）构建电致发光器件：在步骤（2）所得到的蓝光发光层上，旋涂银纳米线溶液，并放置热台80℃干燥20分钟，得到可动态变色的柔性电致发光器件。当驱动频率为50 Hz，驱动电场从1V/μm升至7V/μm时，器件发光颜色能从橙光变化到绿光。器件具有优异的柔性，在1000次弯曲后仍能保持在初始发光亮度的97%以上。
实施例3
（1）制备发光活性组分：取2克锰掺杂的硫化锌电致发光粉，加入到10克固含量为20%苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体/甲苯溶液中，搅拌混合均匀，得到低介电常数的橙光发光粉/聚合物复合活性材料；取2克铜掺杂的硫化锌电致发光粉，加入到10克固含量为20%氰基树脂溶液中，搅拌混合均匀，得到高介电常数的蓝光发光粉/聚合物复合活性材料；
（2）制备发光层：将步骤（1）所制备的橙光发光粉/聚合物复合活性材料，通过溶液刮涂到银纳米线/聚氨酯基底上，得到橙光发光层，放至室温等溶剂自然挥发后，再在其上刮涂步骤（1）所制备的蓝光发光粉/聚合物复合活性材料，得到蓝光发光层，放至热台100℃干燥60分钟；
（3）构建电致发光器件：在步骤（2）所得到的蓝光发光层上，刮涂银浆，并放置热台80℃干燥20分钟，得到可动态变色的柔性电致发光器件。当驱动频率为2kHz，驱动电场从1V/μm升至5 V/μm时，器件发光颜色能从橙光变化到白光最后到蓝光。器件具有优异的柔性，甚至可拉伸性。
Claims (9)
1.一种可动态变色的柔性电致发光器件的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）制备发光活性组分：取适量的电致发光粉，加入到聚合物溶液中，搅拌混合均匀，得到发光粉/聚合物复合活性材料；其中，选取不同光色的电致发光粉和不同介电常数的聚合物，得到不同光色的复合活性材料；所述不同光色的复合活性材料包括具有低介电常数的橙光发光粉/聚合物复合活性材料，以及具有高介电常数的蓝光发光粉/聚合物复合活性材料；
（2）制备发光层：将步骤（1）所制备的具有低介电常数的橙光发光粉/聚合物复合活性材料，均匀构建在柔性透明电极上，得到橙光发光层，待干燥后，再用同样的方法在其上均匀地构建具有高介电常数的蓝光发光粉/聚合物复合活性材料，得到蓝光发光层；
（3）构建电致发光器件：在步骤（2）所得到的发光层上涂覆一层导电活性材料，并进行干燥处理，得到可动态变色的柔性电致发光器件。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述电致发光粉选自铜、铝、氯或锰掺杂的硫化锌，所述聚合物选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、氰基树脂。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中制备发光活性组分的操作流程为：将聚合物先配制成固含量为15%-30%聚合物溶液，再按照电致发光粉与聚合物质量比为（0.5-3）:1，进行机械混合，得到发光活性组分。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的柔性透明电极选自氧化铟锡/聚对苯二甲酸乙二醇酯、氧化铟锡/聚萘二甲酸乙二醇酯、银纳米线/聚氨酯。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述橙光发光层的厚度为30-80微米，所述蓝光发光层的厚度为30-80微米。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的导电活性材料选自银纳米线、聚3,4-乙烯二氧噻吩、导电油墨。
7.一种由权利要求1-6之一所述制备方法得到的可动态变色的柔性电致发光器件。
8.根据权利要求7所述的可动态变色的柔性电致发光器件，在2000赫兹驱动频率下，通过调节器件的驱动电场，实现器件发光颜色由橙光变到白光以及蓝光的实时调控。
9.根据权利要求7所述的可动态变色的柔性电致发光器件，选择50赫兹驱动频率，通过调节器件的驱动电场，实现器件发光颜色由橙光变到绿光的实时调控。
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