全新平面型電致發光器件研製成功，有望掀起OLED顯示與照明領域技術革命！

知識 09-25

電致發光現象自發現以來，就被人們廣泛的研究。包括OLED器件，自從1987年OLED器件被鄧青雲博士首次報道以來，所有研究工作均是基於三明治夾心結構來製備的，即在上下兩層電極間，夾著發光層和其他功能層，其中一個電極必須為透明電極。傳統的器件結構一方面限制了電極材料的選擇範圍，同時也極大地限制了器件的製備方法與工藝。

隨著柔性、可穿戴時代的來臨，顯示與照明器件也迎來了印刷與3D列印製備工藝方面的挑戰。傳統三明治夾心器件結構是否只能一成不變？改變傳統結構，器件能否正常工作？是否具有新現象，新功能，新應用呢？

在黃維院士帶領下（西北工業大學以及南京工業大學），北京大學深圳研究生院新材料學院孟鴻教授帶領的徐秀茹博士、胡丹碩士以及來自南京工業大學的閆麗佳博士等團隊成員就這一問題進行了大膽的嘗試與探究。該成果同時得到了來自美國工程院院士Ray H. Baughman教授（德克薩斯大學達拉斯分校）的支持與合作。研究者採用了共平面電極結構——將需要施加交流電的兩個電極置於同一層，再在平面電極上方覆蓋上介電層和發光層，創造出一種全新型電致發光器件。

這種器件結構不僅應用在無機電致變色領域，同時非常適用於印刷型OLED製備技術，也賦予了器件可交互性能，既可以作為高性能顯示以及照明設備，同時還可以作為可交互器件。目前該團隊已進一步成功製備了平面型OLED器件，驗證了這一成果在OLED領域的可行性，相關成果正在發表中。這種器件結構的設計及製備將為OLED領域掀起新的革命。

在器件最上層添加上由極性材料或導電材料製成的特殊的調製層，在給平面電極施加交流電後，器件便立即發光。圖c和d分別以水傾倒在器件上以及用鉛筆作畫為例。

圖a：傳統三明治結構器件。圖b：新型共平面電極結構器件。c：將水倒於新型器件上。d：用鉛筆在器件上作畫。

視頻：水作為墨水，毛筆寫字發光

研究人員還對以不同溶劑作為調製材料的器件進行了研究，發現非極性材料並不會使器件工作。對此，研究人員深入的研究了其中的工作機理。該團隊利用這一特性，水的部分發光，而油由於是非極性並不發光，由此展示水油混合物在器件表面水潑畫的美感。

為了研究改器件結構的工作原理，在施加交流電場的情況下，研究者將器件從中間拆分成2個半器件，即每個半器件只含一個電極。將其置於盛滿去離子水的燒杯中，以不導電的水凝膠作為「極性橋」將兩部分連通時，器件即刻發光。

視頻：水凝膠作為「極性橋」使2個半器件工作

此外，這種具有新型結構的器件在感測與交互顯示領域也有著非常廣泛的應用。例如：

雨滴感測器。可將該器件製作在雨傘上，在下雨天自主發光。其製作過程很容易實現，因為器件採用的是商業可列印油墨，可通過絲網印刷等工藝印製在各式各樣的基底上。而且，當前市面上的雨滴感應器大多基於機械響應、阻力變化或者光學感測器感應的反射光擾動。而這種雨滴感測器將直接產生明暗的突變。

圖a：印製有新型器件的傘。圖b：傘完全被打濕，印製有器件的部分發光。

遠程光學監測器，用以對器件表面的材料進行遠程鑒別。如器件發光，那表面的材料一定是極性材料或導電材料。再如，水是否存在，是否部分或者完全的凝結成冰，也可以被遠程探測到。因為水凝結成冰後，發光亮度會有明顯的降低。這一成果有望將來用到飛機的外表面用來作為其外表面結冰程度的監測，防止飛機在飛行中外表面由於結冰問題導致的飛行故障及飛行事故。