智能透明有机白光照明器件

本研究主要通过对电致变色玻璃、透明电极及OLED结构的研发，制作智能发光器件。智能玻璃并不是最新的技术，但从未被应用于OLED。我们把基于PEDOT的电致变色玻璃被用作智能发光器件基底，用于调节发光方向。使得在OLED关闭时，玻璃呈现透明；OLED工作时，既可实现双面发光，也可调控为顶发射单面发光。这项研究十分具有吸引力。直到如今，鲜有人报道讨论智能玻璃在OLED上的应用。基于目前的研究，本实验拟使用高分子离子液体和PEDOT分别作为离子传导分离器和电极，构造一个由聚合物构成的有机电致变色发光器件（ECD）。因此，本实验首先研制新的非挥发性和高离子导电性的固体传导材料的。合成实验分三步进行，在惰性气体环境中，由3,4-亚乙基的0.1 M的Li（CF3SO2）2N无水乙腈的溶液反应制得，再进一步聚合。PEDOT薄膜由电化学聚合制备，使用Ag/ AgCl 和铂片作为参考电极和对电极。设计如下电致变色发光器件结构，ITO玻璃上生成90 nm PEDOT，刮涂0.5 μm的聚合离子液体，最后覆盖上另一片附着90 nm PEDOT的ITO玻璃，得到一个全固态的智能玻璃器件。另外，运用镁银合金作为透明电极，分别制作半透明绿光、白光OLED器件，当玻璃变得高度不透明，器件顶发射电流效率显著提高亮度，大约可以增加两倍。对于绿色OLED设备，电流效率从9.5 cd/A增加到19 cd/A。对于白色OLED设备，它从7.5 cd/A增加到15.5 cd/A。在这个研究的基础上，我们进一步研究了无机物WO3的电致变色器件。最终通过电压调节，实现透过率15%的变化。与绿光OLED相结合后测试可得，对电流效率及亮度的调节程度相比于PEDOT，性能表现较差。 本工作第一次成功结合了电致变色玻璃与有机发光二极管(OLEDs)，制备出智能有机发光器件。在外部施加电压时，玻璃的颜色由淡蓝色变为深蓝色。因此，利用这种着色和褪色的玻璃基板可以调节OLED的发光方向。例如，在白天，窗户透明时房间可以充满舒适的自然光线并且欣赏到室外美丽的风景，必要时，附着在窗户上的透明OLED将提供照明。我们相信，智能玻璃和OLED的组合将为未来OLED照明应用带来一个新的概念。 2100433B

透明白光OLED照明是富有创意的固态照明技术。它可用作建筑物窗户、汽车天窗及办公室玻璃隔墙照明，一方面为人们提供窗外舒适自然光或优越空间感，另一方面还提供新型装饰照明。然而，对于通常的透明OLED光源，光线会从面板两面同时发出。在大多数只需单面照明的情况下，这样会导致50%的光被损耗掉，从而造成光污染和能源浪费。因此，如能把双面发光变成单面发光，透明白光器件的效率就可马上提高一倍。本项目拟采用电致变色玻璃为OLED 衬底来调控透明OLED的发光方向，使之由两面发光变为单面发光。即在OLED 关闭时，玻璃呈现透明；OLED工作时，既可实现双面发光，又可调控为顶发射单面发光。本项目拟将电致变色技术、OLED叠层技术和新型透明阳极技术集于一体，力求制备出功率效率达25 lm/W、整体透光率达60%的智能白光OLED 照明器件，从而加深对透明OLED的理解，为我国OLED照明产业化提供重要技术。

白光有机电致发光器件(WOLED)作为照明器件具有绿色、面光源的特点，同时具有纤细轻巧耐用的构型，可以与作为点光源的无机LED形成互补，发挥各自的优势，因而WOLED用于照明方面的研究受到国际上广泛的关注。吉林大学、华南理工大学以及苏州大学在国家自然科学基金委资助下，开展了有机白光照明器件及其关键物理问题研究，取得了如下研究成果：(1)利用自主合成的黄光磷光材料和新型阳极界面修饰技术，获得了前向功率效率为37 lm/W的聚合物白光器件，为目前文献公开报道的聚合物白光器件中的最好水平；(2)开发出全国第一台基于印刷型的4英寸白光OLED照明灯；(3)阐明了在磷光荧光结合型白光OLED中，荧光蓝光发光层的载流子传输特性对器件效率滚降的影响，器件前向功率效率达14.1 lm/W@1000 cd/m2，处于同期国内领先水平。提出结合磷光蓝光和荧光蓝光发光层的白光器件结构，在1000 cd/m2亮度下，前向功率效率为28.3 lm/W (总功率效率56 lm/W)，达到同期国内领先水平。并申请发明专利一项；(4)提出金属介质多层膜电极结构，实现了多峰共振的顶发射白光器件；提出Ag/Ge/Ag复合阴极结构，实现了光谱角度特性稳定的顶发射白光器件。器件性能达到同期国际领先水平；(5)制备了一系列高显色指数白光器件：采用POAPF为母体，制备了具有双极传输同质结发光层的三基色白光器件，Ra=82，R9=75，在1000 cd/m2亮度下前向功率效率为15 lm/W；采用新型的深红磷光发光材料，制备了四色白光OLED，Ra=96，R9=91，在1000 cd/m2亮度下前向功率效率为7.9 lm/W。器件综合性能(颜色质量和效率)达到国际领先水平；(6)研究了叠层OLED中基于过渡金属氧化物(TMO)内部连接层的电荷产生和分离机制，提出了基于TMO的内部连接层的电场辅助电荷产生和分离新机制。 本课题发表学术论文85篇，其中SCI收录78篇(影响因子大于3论文50篇)、EI/ISTP收录3篇，被SCI他引300余次；申请发明专利12项；获吉林省科技进步奖一等奖1项。培养了一批人才队伍，1人入选教育部新世纪优秀人才支持计划，1人入选江苏省“333高层次人才培养计划”第三层次培养对象，1人获青年973首席科学家，培养博士研究生4名，硕士研究生17名，一人获江苏省优秀硕士论文。

白光OLED作为照明器件具有绿色、面光源的特点，同时具有纤细轻巧耐用的构型，可以与作为点光源的无机LED形成互补，发挥各自的优势；近年来白光OLED取得了突破性进展，但其综合性能距照明应用还有较大差距，还需从材料合成和器件物理出发，开拓新的思路，合成高性能新型用于白光照明器件的材料，设计和制备新结构器件并进行深入系统的研究。本项目将充分利用已有的工作基础，主要从器件物理与结构设计角度进行深入系统的研究，以具有红绿蓝发光层的磷光/荧光结合型叠层白光器件以及低成本印刷型聚合物照明器件关键材料和制备技术为研究重点，研究超荧光蓝光发射机理和有机半导体掺杂技术及物理，研究白光器件效率衰降机理，研究提高器件光取出效率和稳定性的方法，希望通过本项目的实施，力争在有机白光照明器件所涉及器件结构、工艺、制造成本等关键物理与技术问题上有所突破，为我国自主创新的白光有机照明研究与产业化发展做出贡献。

目前聚合物电致白光器件的发光效率已经超过传统的白炽灯，可作为新一代半导体照明光源，具有巨大的应用前景。针对目前聚合物白光器件效率较小分子器件低的现状，围绕影响聚合物白光器件的性能的关键问题和技术难题，分别从材料体系和器件结构角度进行深入系统的研究，以全磷光型器件和深蓝聚合物基磷光荧光混合型器件为研究重点，运用基于有机半导体掺杂和过渡金属层的pin器件结构，结合色度学的基本原理，综合优化发光层的组分构成及其光视效能，优化载流子的注入和平衡输运，抑制漏电流的损耗，探索增强聚合物电致白光器件效率的新方法和新途径。本研究还致力于解决共轭聚合物材料由于受其三线态能级的影响，往往对客体材料激发态造成淬灭，难以用作蓝光/白光器件主体材料的难题，研究制备基于共轭聚合物主体材料的白光器件的新方案。同时，还利用水/醇溶性的共轭聚合物和高功函数金属制备叠层器件载流子产生层, 为实现高效叠层式器件做出有益的尝试。