基于超薄金属电极的微纳结构化柔性有机电致发光器件研究

Flexible, deformable and stretchable visual technologies are attractive for wearable and portable electronics. Organic light-emitting devices (OLED) with lightweight, flexibility as well as low-cost fabrication are ideal candidates for flexible visual technologies. The potential application in wearable and portable electronics put forward higher requirements for flexible OLEDs, and developing highly flexible electrodes as well as optimizing the device efficiency is among the most important issues to be solved. In this project, we will research the transparent electrodes and plasmonic microstructures to improve the performances of flexible OLEDs. We will engage ultrathin metal films as the transparent electrodes, and explore their flexibility, conductivity and transparency. Plasmonic microstructures will be introduced into the flexible devises based on ultrathin metal electrodes to excite the optical modes and to manipulate the generation and propagation of photons in OLEDs. The efficiency of the microstructured flexible OLEDs will be improved 40% at least, and exhibit small fluctuations over 30000 bending cycles. By optimizing the fabricating process and structure parameters, we can develop a flexible OLED with high efficiency, flexibility and mechanical stability, which will contribute to commercialized application of flexible OLEDs in wearable and portable electronics.

可弯折、卷曲、变形甚至可伸缩的柔性显示器件是可穿戴电子设备和便携电子设备的必然需求，具有轻薄、柔性、易于加工制备的有机电致发光器件（OLED）是柔性显示器件的理想选择。高性能的透明电极的设计制备以及器件的高效率和稳定性是柔性OLED商业应用必须解决的关键问题。本项目聚焦柔性OLED的透明电极以及器件的光取出效率和机械稳定性，思路是采用超薄金属电极作为柔性OLED的透明电极，研究金属薄膜生长动力学过程以及柔性制备工艺，实现高机械稳定性、高导电性和透过率的柔性透明电极，并且利用等离子体微纳结构激发OLED中光学模态共振耦合，调控器件内部光子的产生、传输和提取过程，提高OLED的光取出效率，结合电极和OLED结构设计，使得柔性器件效率提高40%以上，并且可以实现30000次无损柔性弯折，最终获得高效率、高柔性、高机械稳定性的柔性OLED，为其在可穿戴设备以及便携设备的应用做出贡献。

柔性有机电致发光器件（Organic Light Emitting Devices，OLED）具有易弯折、可拉伸等特性，是应用于可穿戴电子设备和便携电子设备中的柔性显示器件的理想选择。高效率、良好的柔性和机械稳定性是柔性OLED器件的重要技术指标。本项目着眼于高性能的柔性OLED器件，围绕柔性透明电极材料的选择和器件微纳结构化设计，提高柔性OLED器件的效率、柔性以及机械稳定性。基本思路是利用新型透明导电薄膜作为柔性OLED器件的透明电极，代替柔性和机械稳定性差的传统ITO电极，在柔性OLED中引入微纳结构调控器件内部光学模态，有效提高柔性OLED器件的光取出效率，实现高性能的柔性OLED。主要研究成果包括：1、柔性有机光电器件透明电极的研究，探索新型柔性透明导电薄膜代替传统ITO电极，开发了基于复合衬底修饰方案的超薄柔性金属电极、超薄金属网格电极、金属纳米线电极以及石墨烯电极等，基于我们研制的新型透明电极的柔性有机光电器件，其光电性能、柔性、机械稳定性等均优于基于传统ITO电极的器件。2、可穿戴柔性OLED高柔性衬底的研究，我们利用模板转移平滑方案，开发了适用于多种材质和编织结构的纺织物布料衬底的柔性OLED制备工艺。3、等离子体微纳结构调控OLED内部光学模态的研究，探索了微纳结构制备工艺，采用纳米压印和结构自组装技术，在柔性OLED器件中制备周期性等离子体微纳结构以及准周期褶皱，调控器件内部光子的产生、传输和提取过程，实现柔性OLED器件光电效率大幅提升。4、在探索提升柔性OLED器件性能的同时，我们也进一步研究了新型的柔性光电器件，包括全无机钙钛矿发光器件和有机晶体OLED等。以上的研究成果，为推动高性能柔性OLED器件应用于现代电子产品特别是可穿戴电子设备做出了有益的探索。