摩擦發(fā)電直接驅(qū)動的有機發(fā)光二極管及驅(qū)動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別涉及一種通過摩擦發(fā)電直接驅(qū)動有機發(fā)光二極管的方法和基于該方法的有機發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]基于有機半導(dǎo)體材料的發(fā)光二極管在日常生活、科學(xué)研究以及軍事等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。目前，用以驅(qū)動有機發(fā)光二極管的方法主要是以外接穩(wěn)定電源為主，同時也需要相應(yīng)的線路連接進行配合。以外接電源來控制發(fā)光二極管可以達到穩(wěn)定的輸出，但限制了發(fā)光二極管的使用環(huán)境，并且消耗了能源。最近幾年，世界各國科學(xué)家都在積極開發(fā)各種新型環(huán)保發(fā)電方式，為了解決環(huán)境的污染問題以及降低發(fā)電成本。從2012年開始，佐治亞理工學(xué)院的王中林教授就開始嘗試使用摩擦電和靜電等普遍的現(xiàn)象，去收集人們一舉一動中產(chǎn)生的機械能并用其來發(fā)電，進而研發(fā)出了一系列具有不同結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機。
[0003]有機發(fā)光二極管作為可以實現(xiàn)大面積蒸鍍的柔性電子器件，有設(shè)計靈活和加工工藝簡單的優(yōu)點。如果能將摩擦發(fā)電機與之相結(jié)合，可以在節(jié)省能源的同時實現(xiàn)對有機發(fā)光二極管更便捷更小型的集成化應(yīng)用。但是目前在這方面尚無相關(guān)的研究成果被報道。這可能與摩擦發(fā)電機同有機發(fā)光二極管結(jié)合過程中會遇到的一個棘手問題有關(guān):摩擦發(fā)電機輸出電壓較大而輸出電流較小，而有機發(fā)光二極管的通常厚度較薄，一般小于1微米。如果直接將摩擦發(fā)電機與有機發(fā)光二極管相連接會導(dǎo)致過電壓擊穿或驅(qū)動電流不足。因此，必須有相應(yīng)的整流電路和充放電的電容來配合。然而這些外接電路增加了器件的成本以及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，無法滿足整體器件的小型化和一體化要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種不需要驅(qū)動電路輔助的、采用摩擦發(fā)電機直接驅(qū)動有機發(fā)光二極管的方法以及基于該方法而設(shè)計并制備的有機發(fā)光二極管，克服現(xiàn)有摩擦發(fā)電機輸出電壓過高而輸出電流低的問題，使之可以用以直接驅(qū)動有機發(fā)光二極管，從而實現(xiàn)摩擦發(fā)電機和有機發(fā)光二極管的集成化和一體化。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先提供一種利用摩擦發(fā)電直接驅(qū)動有機發(fā)光二極管的方法，包括如下步驟:
[0006](1)提供有機發(fā)光二極管,包括第一電極、第二電極和處于第一電極和第二電極之間的有機發(fā)光層，使所述第一電極接地，所述第二電極表面朝上。
[0007](2)形成絕緣層，所述絕緣層下表面完全覆蓋所述第二電極的上表面；
[0008](3)在所述絕緣層的部分區(qū)域形成導(dǎo)電區(qū)，所述導(dǎo)電區(qū)間隔地位于所述第二電極的上方，并且所述導(dǎo)電區(qū)的上表面構(gòu)成所述絕緣層上表面的一部分；
[0009](4)提供帶有表面摩擦電荷的第一摩擦層；
[0010](5)將所述第一摩擦層置于所述導(dǎo)電區(qū)的上方；
[0011](6)所述第一摩擦層上的摩擦電荷通過所述導(dǎo)電區(qū)驅(qū)動所述有機發(fā)光二極管發(fā)光;
[0012]優(yōu)選地，步驟(2)中所述絕緣層直接制備在所述第二電極之上；
[0013]優(yōu)選地，所述制備通過蒸鍍、旋涂或滴液后退火實現(xiàn)；
[0014]優(yōu)選地，步驟(3)中所述導(dǎo)電區(qū)與所述第二電極上表面之間的間隔大于所述有機發(fā)光二極管的整體厚度；
[0015]優(yōu)選地，所述間隔為所述有機發(fā)光二極管厚度的2倍至10倍；
[0016]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電區(qū)的下表面向所述有機發(fā)光二極管方向的投影的尺寸與所述第二電極基本一致；
[0017]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電區(qū)的下表面向所述有機發(fā)光二極管方向的投影面積與所述絕緣層向在該方向的投影面積之比為1:2—1:10;
[0018]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電區(qū)的全部或部分上表面與所述絕緣層的上表面位于同一平面；
[0019]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電區(qū)的部分上表面向所述有機發(fā)光二極管方向形成凹陷；
[0020]優(yōu)選地，所述凹陷的導(dǎo)電區(qū)通過納米結(jié)構(gòu)壓印再蒸鍍導(dǎo)體材料的方法制備；
[0021]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電區(qū)的電導(dǎo)率比所述絕緣層的電導(dǎo)率大5倍以上；
[0022]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電區(qū)的全部或部分為導(dǎo)電材料；
[0023]優(yōu)選地，通過導(dǎo)體摻雜或滲入的方式形成部分為導(dǎo)電材料的導(dǎo)電區(qū)；
[0024]優(yōu)選地，步驟(4)中的所述摩擦電荷通過所述第一摩擦層與所述絕緣層摩擦而形成，或者，通過所述第一摩擦層與其他材料摩擦而形成；
[0025]優(yōu)選地，所述第一摩擦層與所述絕緣層之間的摩擦通過二者之間宏觀的相對滑動實現(xiàn)，或者通過二者之間微觀的接觸摩擦實現(xiàn)；
[0026]優(yōu)選地，所述第一摩擦層與所述絕緣層相互接觸的表面均設(shè)有微納結(jié)構(gòu)；
[0027]優(yōu)選地，所述摩擦電荷為負電荷時，所述第二電極為陰極，所述摩擦電荷為正電荷時，所述第二電極為陽極；
[0028]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電區(qū)上表面和下表面的面積均小于所述第一摩擦層朝向所述導(dǎo)電區(qū)的表面積；
[0029]優(yōu)選地，步驟(5)中所述第一摩擦層為接觸或不接觸地位于所述導(dǎo)電區(qū)的上方；
[0030]優(yōu)選地，所述第一摩擦層不接觸地位于所述導(dǎo)電區(qū)的上方時，二者之間的間距小于1毫米。
[0031]發(fā)明并不對有機發(fā)光二極管本體進行特殊要求。有機發(fā)光發(fā)光二極管可以是本領(lǐng)域常規(guī)的由多層有機薄膜構(gòu)成的有機電子器件。具有鍍在基板上的透明陽極電極(ΙΤ0，ΙΖ0)、阻擋層，空穴傳輸層，電子傳輸層、阻擋層電極修飾層以及最上方的陰極電極。優(yōu)選陽極電極接地處理。
[0032]可見，本發(fā)明通過在多層有機發(fā)光二極管的上層沉積一個摩擦材料層，并在有機發(fā)光二極管上方設(shè)計出電荷傳輸區(qū)域，利用電荷傳輸區(qū)域和摩擦材料層整體的面積差顯著地提高了流經(jīng)發(fā)光二極管的電流密度，同時利用摩擦材料層分擔(dān)電勢差，有效地降低了有機發(fā)光二極管兩端的電壓。
[0033]基于上述方法，本發(fā)明還提供一種利用摩擦電荷直接驅(qū)動的有機發(fā)光二極管，包括:基板、第一電極、第二電極、有機發(fā)光層、絕緣層、導(dǎo)電區(qū)和第一摩擦層；所述第一電極位于所述基板上并接地；所述有機發(fā)光層位于所述第一電極和第二電極之間；所述絕緣層的下表面完全覆蓋所述第二電極的上表面；所述導(dǎo)電區(qū)位于所述絕緣層之中、所述第二電極的上方并且與所述第二電極之間形成間隔，所述導(dǎo)電區(qū)的上表面構(gòu)成所述絕緣層上表面的一部分；第一摩擦層140能夠形成摩擦電荷并通過導(dǎo)電區(qū)130驅(qū)動有機發(fā)光層103發(fā)光；
[0034]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電區(qū)與所述第二電極上表面之間的間隔大于所述第一電極和第二電極之間的距離；
[0035]優(yōu)選地，所述間隔為所述第一電極和第二電極之間距離的2倍至10倍；
[0036]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電區(qū)的下表面向所述第二電極方向的投影的尺寸與所述第二電極基本一致；
[0037]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電區(qū)的下表面向所述第二電極方向的投影面積與所述絕緣層向在該方向的投影面積之比為1:2—1:10;
[0038]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電區(qū)的全部或部分上表面與所述絕緣層的上表面位于同一平面；
[0039]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電區(qū)的部分上表面向所述第二電極方向形成凹陷；
[0040]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電區(qū)的電導(dǎo)率比所述絕緣層的電導(dǎo)率大5倍以上；
[0041]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電區(qū)的全部或部分為導(dǎo)電材料；
[0042]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電材料以躍遷點的形式分布在導(dǎo)電區(qū)中；
[0043]優(yōu)選地，所述第一摩擦層能夠與所述絕緣層或其他材料發(fā)生摩擦而使其表面帶有電荷；
[0044]優(yōu)選地，所述第一摩擦層和所述絕緣層相互接觸的表面設(shè)置有微納結(jié)構(gòu)；
[0045]優(yōu)選地，所述第一摩擦層與所述絕緣層上表面之間能夠發(fā)生滑動摩擦，并且所述第一摩擦層的滑動范圍能夠覆蓋所述導(dǎo)電區(qū)的上方，所述第一摩擦層與所述絕緣層材料的摩擦電性質(zhì)不同；
[0046]優(yōu)選地,所述絕緣層的厚度大于5 μ m ;
[0047]優(yōu)選地，所述第一摩擦層和所述絕緣層均為柔性材料；
[0048]優(yōu)選地，所述第一摩擦層與其他材料發(fā)生摩擦，并且所述第一摩擦層與所述導(dǎo)電區(qū)上表面的間距小于1mm ；
[0049]優(yōu)選地，所述第一摩擦層上所帶有的摩擦電荷為負時，所述第二電極為陰極，所述摩擦電荷為正時，所述第二電極為陽極；
[0050]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電區(qū)上表面和下表面的面積均小于所述第一摩擦層朝向所述導(dǎo)電區(qū)的表面積；
[0051]優(yōu)選地，所述第一摩擦層為接觸或不接觸地位于所述導(dǎo)電區(qū)的上方；
[0052]優(yōu)選地，所述第一摩擦層不接觸地位于所述導(dǎo)電區(qū)的上方時，二者之間的間距小于1毫米。
[0053]本發(fā)明的優(yōu)勢在于利用摩擦所產(chǎn)生的表面電荷成功地實現(xiàn)了在無外接電源條件下對有機發(fā)光二極管的驅(qū)動，而且通過絕緣層和導(dǎo)電區(qū)的設(shè)置，有效地控制了驅(qū)動電壓，不僅點亮了有機發(fā)光二極管，同時也克服了過電壓對有機薄膜造成的擊穿問題，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的難題。
[0054]而且本發(fā)明還提供了三種在第一摩擦層表面產(chǎn)生摩擦電荷的方法:
[0055]方法一:通過絕緣層與第一摩擦層進行摩擦，利用兩種材料摩擦極性的不同使第一摩擦層表面帶有相應(yīng)的表面電荷。
[0056]方法二:通過其他材料與第一摩擦層進行摩擦，之后將帶有表面電荷的第一摩擦層與絕緣層和導(dǎo)電區(qū)相互接近。通過非接觸的靜電感應(yīng)作用而在絕緣層和導(dǎo)電區(qū)的表面生成電性相反的電荷。
[0057]方法三:采用可彎曲的有機發(fā)光二極管，通過襯底的彎曲