面向可穿戴设备的可拉伸有机电致发光器件研究

Stretchable organic light-emitting devices (SOLEDs) are becoming increasingly important in the fast-growing fields of wearable displays. Although highly stretchable SOLEDs have been demonstrated, their luminous efficiency and mechanical stability remain impractical for the purposes of real-life applications. This is due to significant challenges arising from the high strain-induced limitations on the structure design of the SOLEDs, the materials used and the difficulty of controlling the stretch-release process. In this project, we will develop high efficiency and mechanical robustness for highly stretchable SOLED. We propose a process to obtain SOLEDs with an ordered-buckling profile, which not only creates options for the design and fabrication of the device but also allows the stretch-release cycles to be controlled. This will be an important step towards producing fully stretchable SOLEDs for commercial applications in wearable electronics, especially in lighting and display applications where high efficiency and mechanical stability are required.

可穿戴设备作为便携式电子产品的必然发展趋势，其发展离不开可拉伸显示设备的支持。有机电致发光器件（OLED）由于有机材料自身优异的柔性和延展性，成为可穿戴设备理想的选择。然而实现OLED的可拉伸功能对材料的选择、器件结构的设计以及器件制备工艺都提出了更为严苛的要求，对器件的高效率和高稳定性是非常艰巨的挑战。目前可拉伸OLED（SOLED）的效率、寿命和机械稳定性等关键指标都远远低于实用化的需求。本项目将高效率、高机械稳定性的SOLED作为研究目标，思路是通过弹性衬底表面的微结构形貌设计，实现其与超薄OLED的局部键合，形成有序褶皱，进而实现可控拉伸。这一方案不受材料和器件制备工艺的局限，可以从根本上提高器件的效率和机械稳定性。本项目基于以上思路研制高性能SOLED，为推动SOLED在可穿戴应用领域的产业化发展做出一定贡献。

本项目以高拉伸度OLED 的效率和机械稳定性提升为研究目标，通过超薄OLED与微结构化弹性衬底的制备及其可控键合，实现高效率和高机械稳定性的可拉伸OLED，从而满足实用化对可拉伸OLED的性能要求。在本项目的资助下，经过四年的研究工作，可拉伸OLED器件性能取得突破：拉伸度100%，机械稳定性35000次拉伸，器件效率70cd/A，效率和机械稳定性均为目前报道的最好水平。通过本项目的实施，对可拉伸OLED走向实际应用起到一定的推动作用。具体研究成果如下:..1..面向可拉伸器件的超柔性OLED: 我们系统研究了ITO替代电极，包括超薄金属电极、石墨烯电极和银纳米线电极等，为实现高性能可拉伸OLED提供必要条件。其中基于超薄金属电极制备了纤维基底OLED,通过平滑工艺降低纤维基底的表面粗糙度，纤维基底OLED的效率78cd/A，和玻璃衬底器件效率相当，在1毫米弯折半径下循环弯折1000次，效率仅有8%的下降，同时该器件展示了在可穿戴应用方面和服装的高度共形性【Adv. Mater. Technol. 1900942 (2020)】。..2..高效率有机单晶OLED: 针对单晶OLED器件中单晶发光层的载流子注入和传输不平衡的问题,我们提出将n型单晶材料掺入p型单晶，通过掺杂比例调控，使得电子和空穴的迁移率接近相等，获得传输平衡的双极性单晶。以双极性单晶作为母体，进一步掺入红光材料，获得的单晶红光OLED亮度和效率分别达到5467cd/m2和2.82cd/A，是目前报道的单晶OLED最好结果【Adv. Funct. Mater. 2002422 (2020)】。..3..高效率和高机械稳定性的可拉伸OLED:提出基于工艺简单低成本的掩膜转写方案实现超薄OLED结合有序褶皱的可控拉伸方案【 Light Sci. Appl. 7, 35 (2018)】,进而面向大面积低成本制备,提出滚轴辅助粘性压印工艺，可拉伸OLED的机械稳定性也得到大幅度提升，可循环拉伸35000次，是目前报道的最好结果【Adv. Opt. Mater.1901525 (2019)】，推动了可拉伸电子器件的实际应用。