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吉林大学科研团队用交流驱动有机发光器件实现智能照明

2021-03-01    

中国照明网报道

   作者:张祥、陈逸凡、刘士浩等  

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导语: 针对顶发射OLED中由于普遍存在的微腔效应的影响而不易实现高质量白光的难题,研究团队提出了基于共面电极和双微腔技术的交流驱动柔性顶发射白光OLED。

  近年来,智能照明系统由于在健康照明、光通信、室内农场等领域的优势而备受关注。目前,基于无机发光二极管为光源的智能照明系统已经有所应用。随着有机发光器件(Organic light-emitting devices, OLED)的发展,OLED因其自发光、广视角、环保等特点在显示和照明领域展现出巨大的潜力。在智能手机中,OLED面板的渗透率逐步提高,已成为智能手机的主流面板之一。然而,目前基于OLED光源的智能照明系统还很少见,这主要是因为色温和亮度分别可控的高性能OLED光源不易实现,设计并制备交流驱动OLED是理想的解决方法。

  吉林大学电子科学与工程学院谢文法教授团队自2017年起在交流驱动的有机电致发光器件领域开展了一系列工作,采用新型中间连接层串连正置发光子单元和倒置发光子单元实现了交流驱动的叠层白光OLED,分析讨论了其瞬态发光响应特性及电荷生成层的载流子生成和注入能力;为简化制备工艺,提出了交流驱动的共面电极型底发射白光OLED和双微腔技术的柔性顶发射白光OLED,对器件工作机理进行了深入研究,探讨了交流驱动OLED在智能照明领域的应用;并就透明显示的独特优势,首次实现了交流驱动的透明OLED。

  研究团队设计了一种具有良好透过率和优良载流子生成及注入能力的新型中间连接层(Ag/Bphen)n,利用该中间连接层连接堆叠的正置发光子单元和倒置发光子单元,制备出了交流驱动叠层白光有机电致发光器件。

  该器件在正半周期发射蓝光,最大亮度和效率分别可达5 151 cd/m2、8.4 cd/A和1.9 lm/W;负半周期发射黄光,最大亮度和效率分别可达3 736 cd/m2、13.7 cd/A和3.2 lm/W。通过瞬态响应特性测试发现,器件的两个发光子单元分别独立响应交流电的正负半周期,因此交流驱动叠层白光OLED可以通过调节交流电正负半周期的振幅从而实现从蓝光、冷白光、白光、暖白光到黄光的调节(相关结果发表于Appl. Phys. Lett., 2017, 111: 103301,被选为Editor's Pick)。

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图1 基于(Ag/Bphen)n中间连接层的交流驱动叠层白光OLED

  为了简化器件的制备工艺,降低成本,提高交流驱动OLED性能,研究团队提出了共面电极型的交流驱动底发射白光OLED,基于共面电极结构,各相同功能层可以同时制备,从而简化了器件的制备工艺,提高了材料的利用率。为了实现白光发射,研究团队设计并制备了基于微结构阵列插指电极的共面电极交流白光OLED。由于两个发光子单元独立响应于交流电的正负半周期,互不干扰,所以通过调节交流电正负半周期的振幅以及占空比,实现了其从蓝光到冷白光、白光、暖白光和黄光的调整。这种共面电极型交流驱动的底发射白光OLED可以应用于诸如矿井、交通信号灯等场景的智能照明系统中(相关结果发表于Adv. Optical Mater., 2019, 7: 1800857,被Materials Views China专题报道)。

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图2 面向智能照明应用的共面电极型交流驱动底发射白光OLED

  针对顶发射OLED中由于普遍存在的微腔效应的影响而不易实现高质量白光的难题,研究团队提出了基于共面电极和双微腔技术的交流驱动柔性顶发射白光OLED。通过分别优化共面的两个器件中的微腔效应,实现了光谱稳定的顶发射白光,并且基于交流电的频率、振幅和占空比特性达到了色温可调的目的,实现从蓝光到冷白光、白光、暖白光和黄光的变化。同时,这种顶发射白光OLED打破了衬底的限制,可以制备在各种柔性或不透明的衬底上,如PET、纸衬底等(相关结果发表于ACS Photonics, 2019, 6: 2350)。

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图3 基于共面电极和双微腔技术的交流驱动柔性顶发射白光OLED

  最近,研究团队将目光投向了具有独特优势的透明显示领域,采用半透明的镁银合金作为中间连接层,首次实现了交流驱动的绿光透明OLED,器件在正/反两个方向上的出射光谱完全一致,最大亮度分别为1 374 cd/m2和283 cd/m2,最大电流效率分别为26.1 cd/A和3.5 cd/A,同时在交流电驱动下可以获得稳定的静态显示(相关结果发表于《发光学报》, 2021, 42(2):153-157)。

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图4 交流驱动绿光透明OLED

  虽然交流驱动有机发光器件取得了喜人的进展,但器件的效率、寿命等关键性指标仍不能满足实用化要求,并且在器件工作机制和双极性材料开发方面的研究仍然存在不足。此外,利用交流驱动实现三原色发光仍然面临极大挑战,有待进一步深入研究。

编辑:严志祥

来源:长光所Light中心、中国光学、发光学报

   作者:张祥、陈逸凡、刘士浩等  

标签:吉林大学  交流驱动有机发光器  智能照明  

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