新材料学院孟鸿课题组在共平面电极交流电致发光器件的研究中取得进展

更新时间:2022-06-17 16:13:17


近日,新材料学院孟鸿课题组在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Asymmetrically-Enhanced Coplanar-Electrode Electroluminescence for Information Encryption and Ultrahigh Stretchable Display”的研究论文(DOI: 10.1002/adma.202201342)该研究基于简单的阻抗串联分压原理设计了一种新型的非对称增强的共平面电极AC-EL器件,该非对称结构器件不仅保留了共平面电极结构特性,同时解决了共平面电极器件驱动电压高和图案化复杂/效果差等问题,极大的拓展了共平面电极AC-EL器件的应用领域。

随着光电子技术的飞速发展和人类对电致发光器件的多功能需求,电致发光器件正朝着多功能化、数字化、智能化方向发展。一般的三明治交流电致发光器件将发光有源层夹在两个电极之间,因此需要一个透明的电极来实现光的输出。而基于ZnS:Cu荧光粉的共平面电极AC-EL器件于2017年首次由我们课题组提出(Advanced Materials2017, 29, 1703552)。该器件结构由三部分所组成:底部为两个等尺寸的共面电极,电极上为交流电发光有源层,顶部为桥电极。基于此共平面电极结构的AC-EL器件从桥电极输出光,并不需要透明的导电体。桥电极可以是各种透明的低阻抗极性液体或固体。这些特性使得同时具有电致发光和可视化传感的多功能器件成为可能,因此共平面电极交流电致发光在人机界面、全彩智能显示、实时视觉传感等动态交互方面具有极大的应用潜力。后续我们组基于此平面电极结构,陆续设计了三相电驱动的交流电致发光器件(Nature Communications, 2021,12, 54),交流驱动颜色可调有机发光三极管(Advanced Optical Materials,2021, 2001655),共平面电极交流量子点发光二极管(Applied Physics Letters,2021,118, 041105)。然而共平面电极交流电致发光器件存在一些固有缺陷:一是驱动电压过高,一般为三明治结构器件的两倍;二是两共平面电极的相互存在使得器件难以图案化。这些问题极大的限制了共平面电极交流电致发光器件的应用。

该工作基于简单的串联分压原理设计了一种新型的非对称增强的共平面电极交流电致发光器件。具体的,通过增加一侧发光有源层的相对阻抗,使大部分电压集中在其上,这将大大增加该侧的亮度,可视为显示端。同时,在我们控制器件的开启或关闭的时候,另一侧基本是相对较暗的,可视为背景端。基于此设计可以解决器件驱动电压过高,图案化/阵列化复杂或效果差的问题。进一步表征了该器件的复杂图案发光均匀性、亮度可调性、颜色可调性等基本显示性能,其具有与传统三明治结构器件相媲美的显示性能。同时整个单元也可以看作是一个单位像素,可设计成大规模阵列。在此基础上,通过调整厚度、成分、电压和频率,优化了非对称增强的共平面电极交流电致发光器件的对比度性能。更重要的是,该结构同时保留了共平面电极结构的优点,可用于智能显示和实时视觉传感。

基于这个非对称增强的共平面电极结构,设计了两种具有广阔前景的应用。

一个是信息加密器件。加密的信息需要满足以下两个条件才能显示:给器件施加交流电;将器件浸入极性液体中,例如自来水中。与普通的紫外加密相比,该加密装置具有更新颖、更好的鲁棒性、可编程性和简易制备等优点,可广泛运用在军事加密、商品防伪以及水下光通信等领域。

另一个超可拉伸电致发光显示器件。我们进行了各种可拉伸图案和阵列显示的实验,实现了可拉伸电致发光显示领域最高的拉伸性能,其中可拉伸的七段式显示器件在面积为原始状态的7.5倍时仍然可以工作。更重要的是,与传统的三明治超高可拉伸交流薄膜电致发光器件相比,非对称增强的共平面电极交流电致发光器件由于发光层将共平面电极和凝胶相互隔离起来,具有非常优异的电化学稳定性。器件可以稳定工作在高交流电频率和高电压下以实现高亮度和广色域。

该工作的第一作者和通讯作者单位均是北京大学深圳研究生院。新材料学院2019级硕士生杨标为论文的第一作者,新材料学院孟鸿教授和张超红研究员为该论文共同通讯作者。上述研究得到国家自然科学基金委员会,广东省科学技术厅,深圳市科技创新委员会,深圳市发展改革委员会的基金支持。

论文链接:

https://doi.org/10.1002/adma.202201342