CN112670430A - 一种纸基电致发光器件及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纸基电致发光器件及制备方法，该纸基电致发光器件包括透明导电纸，透明导电纸的上表面具有从下往上依次层叠设置的导电电极图案层、发光图案层、介电层、导电层、背电极层和绝缘层，而且导电电极图案层和背电极层均引出有通过贴片方式与外部电路相连的电极线，透明导电纸的下表面和绝缘层的上表面分别包覆有第一封装薄膜和第二封装薄膜,第一封装薄膜和第二封装薄膜的周向缘边连接一起，导电电极图案层和背电极层的电极线伸出第一封装薄膜和第二封装薄膜外。具有透明度高、发光效率高、颜色多样、性能稳定以及机械性能强，应用广泛，且制备方法简单，安全环保，制造成本低，有利于大批量生产和普及推广应用。
Description
技术领域
本发明属于发光器件技术领域，具体涉及一种纸基电致发光器件及制备方法。
背景技术
近年来，随着电子技术的发展和人们生活水平的提高，柔性导电材料在电子产品、智能服装、储能设备、传感器和可穿戴设备等产品中广泛使用，产生了大量的塑料废弃物，它的使用为人们带来了诸多便利，同时对环境带来了不可逆的危害。
目前各类电子设备的发展趋势都在朝着轻量级、柔性化和轻便型发展，根据电子设备的性能需求，柔性导电材料是柔性电子器件发展的重要组成部分，因此柔性导电材料要具有高机械强度、高导电性、高透光率以及低制造等成本优势。但是，传统的柔性导电材料是在PET、PI等塑料基材上采用蚀刻或印刷方式制作导电基材。这些基材难回收，不能降解，制作过程中使用大量有机溶剂，会污染环境。
电致发光是指两个电极在外加电场的作用下，发光材料被相应的电能所激发而产生的发光现象，将电能直接转换成光能的物理发光现象。
电致发光器件具有发光效率高、器件寿命长、响应速度快、视角特性好、色彩度强、能耗低等特点，使它在防伪、包装、显示、照明等领域有着非常广阔的应用前景。目前，电致发光器件是将发光层夹在透明导电基材之间。在ITO导电玻璃层上制备发光层，发光颜色单一；在发光层上制备介电层；在介电层制备上制备金属层；在金属层上制备绝缘层；在绝缘层上镀铝，作为金属电极层，形成电致发光器件。其中，金属层的制备是将金属溅射或蒸镀在介电层表面，然后在500℃～650℃下进行真空退火处理，退火时间约为5小时，然后自然冷却至室温，从而在介电层上制备出金属层。
上述步骤中所采用的制备方法为电子束蒸发、溅射、化学气相沉积、脉冲激光沉积或溶胶-凝胶法。但是其中的透明导电基材使用最广泛的是氧化铟锡(ITO)的导电玻璃或PET，其通常是在刚性玻璃或柔性透明基材上通过气相沉积、蚀刻的方法制备ITO透明导电基材，需要在高温和真空条件下进行，且在需要使用到大量有机溶剂，对环境造成污染。此外，ITO材料吸水性强，器件容易受潮；脆性很高，作为柔性器件电极材料时在反复折叠弯曲很容易脱落，容易导致电极击穿，从而影响器件的发光亮度和稳定性能；对发光涂层要求高，发光图案制备比较困难；且ITO材料作为透明导电电极时需要高温高压真空下制备，尤其是在柔性基材上沉积ITO材料条件苛刻、工艺复杂、成本高，限制了电致发光器件在智能包装中的大规模应用。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种透明度高、发光效率高、颜色多样、性能稳定以及机械性能强，应用广泛，且制备方法简单，安全环保，制造成本低的纸基电致发光器件，以及该纸基电致发光器件的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种纸基电致发光器件，包括透明导电纸，所述透明导电纸的上表面具有从下往上依次层叠设置的导电电极图案层、发光图案层、介电层、导电层、背电极层和绝缘层，而且所述导电电极图案层和背电极层均引出有通过贴片方式与外部电路相连的电极线，所述透明导电纸的下表面和绝缘层的上表面分别包覆有第一封装薄膜和第二封装薄膜,所述第一封装薄膜和第二封装薄膜的周向缘边连接一起，所述导电电极图案层和背电极层的电极线伸出第一封装薄膜和第二封装薄膜外。
进一步地，所述第一封装薄膜和第二封装薄膜是柔韧性好、透光率高、厚度小的PET片材、PVC片材、PLA片材中的一种。
进一步地，所述发光图案层是发光墨水层，所述发光墨水由电致发光材料与胶黏剂混合配制而成，而且所述电致发光材料与胶黏剂的质量比例为0.5～1:1。
进一步地，所述发光墨水是彩色发光墨水，由红、绿、蓝三种电致发光材料分别与胶黏剂混合配制而成的不同颜色发光墨水。
进一步地，所述电致发光材料为掺杂有机荧光染料的无机纳米电致发光粉末或有机高分子电阻发光材料。
进一步地，所述导电电极图案层是纳米导电油墨层，所述纳米导电油墨由石墨烯溶液、纳米银溶液、纳米铜溶液、导电炭黑溶液、石墨烯/纳米银溶液中的一种或多种混合而成的水性油墨；所述介电层是高介电的纳米材料层，所述高介电的纳米材料由纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米钛酸铅和纳米钛酸钡中的一种或者多种与水性树脂材料制备得到；所述导电层是透明导电油墨层，所述透明导电油墨由PEDOT:PSS导电聚合物、纳米银线、石墨烯/纳米银、聚苯胺中的一种或多种混合而成的水性油墨；所述绝缘层是UV绝缘油墨层或可降解疏水涂料层。
进一步地，所述透明导电纸由纳米纤维素分散液、银氨溶液、丙二醇、聚乙二醇和AgCl采用一步还原法制备而成。
本发明还提供了一种上述的纸基电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
a1.印刷导电电极图案层——在透明导电纸的上表面采用纳米导电油墨印刷导电电极图案，然后将印刷有导电电极图案的透明导电纸进行真空干燥，并引出用于连接电路和电源的电极线；
a2.印刷发光图案层——在干燥后的导电电极图案的上表面采用发光墨水印刷的发光图案，然后将印刷有发光图案的透明导电纸进行真空干燥；
a3.印刷介电层——在干燥后的发光图案的上表面印刷一层介电材料，然后将印刷有介电材料的透明导电纸进行真空干燥；
a4.印刷导电层——在干燥后的介电材料的上表面印刷一层透明导电油墨，然后将印刷有透明导电油墨的透明导电纸进行真空干燥；
a5.印刷背电极层——在干燥后的透明导电油墨的上表面印刷一层导电油墨，然后将印刷有导电油墨的透明导电纸进行真空干燥，并引出电极线作为背电极；
a6.印刷绝缘层——在干燥后的导电油墨的上表面印刷一层UV绝缘油墨或可降解疏水涂料，然后将印刷有UV绝缘油墨或可降解疏水涂料的透明导电纸进行干燥；
a7.器件组装——通过真空压合机将印刷有导电电极图案层、发光图案层、介电层、导电层、背电极层和绝缘层的透明导电纸封装在第一封装薄膜和第二封装薄膜之间，且导电电极图案层和背电极层的电极线伸出第一封装薄膜和第二封装薄膜外，以供器件后续与电路部分组装。
进一步地，所述步骤a1～a5中的干燥温度为60℃～80℃，干燥时间为0.5h。
进一步地，所述步骤a1～a6中的印刷方式是丝网印刷。
本发明主要具有以下有益效果：
本发明通过采用上述技术方案，即具有透明度高、发光效率高、颜色多样、性能稳定以及机械性能强等特点，通过在透明导电纸上印刷出任意发光图形，应用广泛，且制备方法简单，安全环保，制造成本低，有利于大批量生产和普及推广应用。
附图说明
图1是本发明所述的一种纸基电致发光器件的结构示意图；
图2是本发明所述的一种纸基电致发光器件的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明所述的一种纸基电致发光器件，包括透明导电纸1，所述透明导电纸1的上表面具有从下往上依次层叠设置的导电电极图案层2、发光图案层3、介电层4、导电层5、背电极层6和绝缘层7，而且所述导电电极图案层2和背电极层6均引出有通过贴片方式与外部电路相连的电极线，所述透明导电纸1的下表面和绝缘层7的上表面分别包覆有第一封装薄膜8和第二封装薄膜9,所述第一封装薄膜8和第二封装薄膜9的周向缘边连接一起，所述导电电极图案层2和背电极层6的电极线伸出第一封装薄膜8和第二封装薄膜9外(即：导电电极图案层2和背电极层6的电极线伸出由第一封装薄膜8和第二封装薄膜9形成的封装层外)。其中，所述透明导电纸1由纳米纤维素分散液、银氨溶液、丙二醇、聚乙二醇和AgCl采用一步还原法制备而成，制备过程具体为：
(1)制备纳米纤维素分散液——先将NaOH、尿素、H2O混合，并预先冷冻，然后将纳米纤维素浆加入冷冻溶液中，并在室温下搅拌，得到具有粘性纳米纤维素分散液；
(2)制备银氨溶液——在避光条件下先将硝酸银溶于去离子水中，得到硝酸银溶液，然后将氨水逐滴缓慢加入到上述硝酸银溶液中，边滴边快速搅拌，直至滴加完毕后氨水沉淀完全消失变为澄清溶液为止，得到银氨溶液；
(3)制备纳米纤维素/纳米银线溶液——将银氨溶液加入到由丙二醇和聚乙二醇混合而成的溶液中，并进行超声分散和充分搅拌，得到混合分散液，然后将该混合分散液加入纳米纤维素分散液中后避光搅拌，使纳米纤维素的表面生成银核，接着快速升温，并加入AgCl作为控制剂，继续避光反应，将银核继续生长成连续的纳米银线附着在纳米纤维素的表面，得到含有纳米纤维素/纳米银线的溶液；
(4)制备导电纸——先将含有纳米纤维素/纳米银线的溶液经过水洗和过滤去除过多溶剂、化学试剂和杂质后进行离心处理，获得含有纳米纤维素/纳米银线的透明上层溶液，然后将含有纳米纤维素/纳米银线透明的上层溶液涂在玻璃板上，形成一层纤维素/纳米银线湿膜；接着将具有纤维素/纳米银线湿膜的玻璃板浸入H2SO4溶液中凝固，最后取出具有纤维素/纳米银线湿膜的玻璃板放入去离子水中浸泡，并在室温下干燥，得到透明导电纸。
所述导电电极图案层2是纳米导电油墨层，所述纳米导电油墨由石墨烯溶液、纳米银溶液、纳米铜溶液、导电炭黑溶液、石墨烯/纳米银溶液中的一种或多种混合而成的水性油墨；所述发光图案层3是发光墨水层，所述发光墨水由电致发光材料与胶黏剂混合配制而成，所述电致发光材料与胶黏剂的质量比例优选为0.5～1:1，而且所述发光墨水还可以是彩色发光墨水，由红、绿、蓝三种电致发光材料分别与胶黏剂混合配制而成的不同颜色发光墨水，所述电致发光材料为掺杂有机荧光染料的无机纳米电致发光粉末或有机高分子电阻发光材料，该发光墨水最好在印刷制备纸基电致发光器件之前先配制，具体为：根据丝网印刷的粘度和材料的印刷适性，选择不同的胶黏剂，然后将电致发光材料与胶黏剂按照质量0.5～1：1配制成发光墨水；所述介电层4是高介电的纳米材料层，所述高介电的纳米材料由纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米钛酸铅和纳米钛酸钡中的一种或者多种与水性树脂材料制备得到；所述导电层5是透明导电油墨层，所述透明导电油墨由PEDOT:PSS导电聚合物、纳米银线、石墨烯/纳米银、聚苯胺中的一种或多种混合而成的水性油墨；所述绝缘层7是UV绝缘油墨层或可降解疏水涂料层；所述第一封装薄膜8和第二封装薄膜9优选柔韧性好、透光率高、厚度小的PET片材、PVC片材、PLA片材中的一种。
如图2所示，本发明还提供了一种上述的纸基电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
步骤S100.印刷导电电极图案层——在透明导电纸的上表面采用纳米导电油墨印刷(印刷方式优选丝网印刷)导电电极图案，然后将印刷有导电电极图案的透明导电纸进行真空干燥(干燥温度优选为60℃～80℃，干燥时间优选为0.5h)，并引出用于连接电路和电源的电极线；
步骤S200.印刷发光图案层——在干燥后的导电电极图案的上表面采用发光墨水印刷(印刷方式优选丝网印刷)的发光图案，然后将印刷有发光图案的透明导电纸进行真空干燥(干燥温度优选为60℃～80℃，干燥时间优选为0.5h)；
步骤S300.印刷介电层——在干燥后的发光图案的上表面印刷(印刷方式优选丝网印刷)一层介电材料，然后将印刷有介电材料的透明导电纸进行真空干燥(干燥温度优选为60℃～80℃，干燥时间优选为0.5h)；
步骤S400.印刷导电层——在干燥后的介电材料的上表面印刷(印刷方式优选丝网印刷)一层透明导电油墨，然后将印刷有透明导电油墨的透明导电纸进行真空干燥(干燥温度优选为60℃～80℃，干燥时间优选为0.5h)；
步骤S500.印刷背电极层——在干燥后的透明导电油墨的上表面印刷(印刷方式优选丝网印刷)一层导电油墨，然后将印刷有导电油墨的透明导电纸进行真空干燥(干燥温度优选为60℃～80℃，干燥时间优选为0.5h)，并引出电极线作为背电极；
步骤S600.印刷绝缘层——在干燥后的导电油墨的上表面印刷(印刷方式优选丝网印刷)一层UV绝缘油墨或可降解疏水涂料，然后将印刷有UV绝缘油墨或可降解疏水涂料的透明导电纸进行干燥；
步骤S700.器件组装——通过真空压合机将印刷有导电电极图案层、发光图案层、介电层、导电层、背电极层和绝缘层的透明导电纸封装在第一封装薄膜和第二封装薄膜之间，且导电电极图案层和背电极层的电极线伸出第一封装薄膜和第二封装薄膜外，以供器件后续与电路部分组装。
本发明所述的纸基电致发光器件具有透明度高、发光效率高、颜色多样、性能稳定以及机械性能强等特点，通过在透明导电纸上印刷出任意发光图形，应用广泛，且制备方法简单，安全环保，制造成本低，有利于大批量生产和普及推广应用。
下面通过实施例对本发明所述的纸基电致发光器件和制备方法做进一步说明。
实施例
本实施例所述的纸基电致发光器件采用以下步骤制备。
第一步，配制发光墨水：制备高粘度丝网印刷用的胶黏剂，然后将红、绿、蓝三种电致发光材料与胶黏剂按照质量0.5：1配制成丝网印刷发光墨水；
第二步，印刷导电电极图案层：首先设计印刷导电图案，然后通过印刷的方式将纳米银导电油墨在透明导电纸上印刷导电电极图案并引出电极线，以供后续连接电路和电源，最后在真空干燥箱内以100℃温度干燥0.5h，得到导电电极图案层；
第三步，印刷发光图案层：首先通过丝网印刷方法，按照预先设计的发光图案，将不同的电致发光墨水分批均匀印刷在上述透明导电纸的干燥后的导电电极图案层上，然后在真空干燥箱内以60℃温度干燥0.5h，制得发光图案层；
第四步，印刷介电层：首先通过印刷方法将介电材料均匀印刷在上述透明导电纸的干燥后的发光图案层上，然后在真空干燥箱内以60℃温度干燥0.5h，得到介电层；
第五步，印刷透明导电层：在上述透明导电纸的干燥后的介电层上印刷一层透明PEDOT:PSS水性油墨，然后在真空干燥箱中以80℃温度干燥0.5h，得到透明PEDOT:PSS层；
第六步，印刷背电极层：首先将纳米银导电油墨均匀印刷在上述透明导电纸的干燥后的PEDOT:PSS层上，并引出电极线作为背电极，然后在真空干燥箱内以100℃温度干燥0.5h，制得背电极层；
第七步，印刷绝缘层：在上述透明导电纸的干燥后的背电极层上印刷一层UV绝缘油墨，保护电极和器件，避免器件氧化和受潮，影响使用寿命和发光效率；
第八步，印刷完成后，选用柔韧性好、透光率高、厚度小的PET、PVC、PLA等片材，通过真空压合机将器件封装在透明PET片材内部，避免器件损坏；其中电极位置预留出来，以供器件后续与电路部分组装。
将本实施例制得的纸基电致发光器件接通1.5v的直流电压(即接通导电电极图案层2和背电极层6的电极线)，该纸基电致发光器件可发出肉眼可见的光。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种纸基电致发光器件，其特征在于，包括透明导电纸(1)，所述透明导电纸(1)的上表面具有从下往上依次层叠设置的导电电极图案层(2)、发光图案层(3)、介电层(4)、导电层(5)、背电极层(6)和绝缘层(7)，而且所述导电电极图案层(2)和背电极层(6)均引出有通过贴片方式与外部电路相连的电极线，所述透明导电纸(1)的下表面和绝缘层(7)的上表面分别包覆有第一封装薄膜(8)和第二封装薄膜(9),所述第一封装薄膜(8)和第二封装薄膜(9)的周向缘边连接一起，所述导电电极图案层(2)和背电极层(6)的电极线伸出第一封装薄膜(8)和第二封装薄膜(9)外。
2.根据权利要求1所述的纸基电致发光器件，其特征在于，所述第一封装薄膜(8)和第二封装薄膜(9)是柔韧性好、透光率高、厚度小的PET片材、PVC片材、PLA片材中的一种。
3.根据权利要求1所述的纸基电致发光器件，其特征在于，所述发光图案层(3)是发光墨水层，所述发光墨水由电致发光材料与胶黏剂混合配制而成，而且所述电致发光材料与胶黏剂的质量比例为0.5～1:1。
4.根据权利要求3所述的纸基电致发光器件，其特征在于，所述发光墨水是彩色发光墨水，由红、绿、蓝三种电致发光材料分别与胶黏剂混合配制而成的不同颜色发光墨水。
5.根据权利要求3或4所述的纸基电致发光器件，其特征在于，所述电致发光材料为掺杂有机荧光染料的无机纳米电致发光粉末或有机高分子电阻发光材料。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的纸基电致发光器件，其特征在于，所述导电电极图案层(2)是纳米导电油墨层，所述纳米导电油墨由石墨烯溶液、纳米银溶液、纳米铜溶液、导电炭黑溶液、石墨烯/纳米银溶液中的一种或多种混合而成的水性油墨；所述介电层(4)是高介电的纳米材料层，所述高介电的纳米材料由纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米钛酸铅和纳米钛酸钡中的一种或者多种与水性树脂材料制备得到；所述导电层(5)是透明导电油墨层，所述透明导电油墨由PEDOT:PSS导电聚合物、纳米银线、石墨烯/纳米银、聚苯胺中的一种或多种混合而成的水性油墨；所述绝缘层(7)是UV绝缘油墨层或可降解疏水涂料层。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的纸基电致发光器件，其特征在于，所述透明导电纸(1)由纳米纤维素分散液、银氨溶液、丙二醇、聚乙二醇和AgCl采用一步还原法制备而成。
8.一种权利要求1-7中任一所述的纸基电致发光器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a1.印刷导电电极图案层——在透明导电纸的上表面采用纳米导电油墨印刷导电电极图案，然后将印刷有导电电极图案的透明导电纸进行真空干燥，并引出用于连接电路和电源的电极线；
a2.印刷发光图案层——在干燥后的导电电极图案的上表面采用发光墨水印刷的发光图案，然后将印刷有发光图案的透明导电纸进行真空干燥；
a3.印刷介电层——在干燥后的发光图案的上表面印刷一层介电材料，然后将印刷有介电材料的透明导电纸进行真空干燥；
a4.印刷导电层——在干燥后的介电材料的上表面印刷一层透明导电油墨，然后将印刷有透明导电油墨的透明导电纸进行真空干燥；
a5.印刷背电极层——在干燥后的透明导电油墨的上表面印刷一层导电油墨，然后将印刷有导电油墨的透明导电纸进行真空干燥，并引出电极线作为背电极；
a6.印刷绝缘层——在干燥后的导电油墨的上表面印刷一层UV绝缘油墨或可降解疏水涂料，然后将印刷有UV绝缘油墨或可降解疏水涂料的透明导电纸进行干燥；
a7.器件组装——通过真空压合机将印刷有导电电极图案层、发光图案层、介电层、导电层、背电极层和绝缘层的透明导电纸封装在第一封装薄膜和第二封装薄膜之间，且导电电极图案层和背电极层的电极线伸出第一封装薄膜和第二封装薄膜外，以供器件后续与电路部分组装。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a1～a5中的干燥温度为60℃～80℃，干燥时间为0.5h。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a1～a6中的印刷方式是丝网印刷。
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