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電致多色發(fā)光顯示的高分子薄膜及其制備方法

文檔序號(hào):8145337閱讀:712來源:國(guó)知局
專利名稱:電致多色發(fā)光顯示的高分子薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及用實(shí)現(xiàn)彩色顯示的電致發(fā)光材料,更詳細(xì)地是電致多色發(fā)光顯示的高分子薄膜。
本發(fā)明還涉及該電致多色發(fā)光顯示的高分子薄膜的制備方法。
背景技術(shù)
用高分子薄膜構(gòu)造的電致發(fā)光器件在低電壓驅(qū)動(dòng)下可以獲得明亮的發(fā)光的現(xiàn)象逐漸應(yīng)用于各種類型的平板顯示器,如手機(jī)、PDA、電腦顯示終端、電視、各種儀器儀表顯示等。作為顯示用的高分子發(fā)光器件,具有許多同類器件無法比擬的優(yōu)點(diǎn)超薄、重量輕,主動(dòng)發(fā)光、寬視角,高效率、高亮度,工藝簡(jiǎn)單、低功耗、成本低、柔性屏顯示等。這種高分子顯示器件的基本結(jié)構(gòu)包括兩層電極,其中一側(cè)電極是透明的,兩電極之間夾有發(fā)光高分子薄膜,在電場(chǎng)作用下,高分子發(fā)出的光從透明電極側(cè)透射出來。由于高分子薄膜的制備技術(shù)主要采用旋轉(zhuǎn)涂覆、印刷、噴涂、打印等比較容易實(shí)現(xiàn)大面積的制膜技術(shù),實(shí)現(xiàn)微米尺寸的不同發(fā)光顏色的像元陣列比較困難。到目前為止,高分子顯示器應(yīng)用的主要瓶頸問題之一是如何實(shí)現(xiàn)彩色化,這也是高分子發(fā)光顯示器發(fā)展較小分子發(fā)光顯示器發(fā)展略微遲緩的主要原因之一。目前實(shí)現(xiàn)高分子彩色發(fā)光顯示器采用的主要技術(shù),以及這些技術(shù)目前所面臨的主要問題可以概括如下(1)用白光發(fā)射加彩色濾光片法。這種方法是通過使用彩色濾光片(與液晶彩色顯示原理類似),將高分子發(fā)出的白光通過濾光片過濾出紅、綠、藍(lán)(三基色)三種顏色的光,通過控制亞像元的亮度,實(shí)現(xiàn)帶灰度級(jí)的彩色顯示。這種方法存在的主要問題是要求高分子顯示器件能夠產(chǎn)生高亮度、高效率的白色電致發(fā)光,以便白光通過濾光片經(jīng)過能量損失后仍能給出亮度足夠高的紅、綠、藍(lán)透射光,目前高分子發(fā)光顯示器的亮度還沒有達(dá)到所需要的水平。
(2)有機(jī)/高分子材料的熱轉(zhuǎn)移法。這種方法是用激光掃描加熱或其它加熱方法將圖形化了的發(fā)光有機(jī)/高分子薄膜通過熱轉(zhuǎn)移途徑,將其升華轉(zhuǎn)移到指定的襯底上,形成與激光掃描點(diǎn)陣或圖形化了的圖案相同的圖形,在電場(chǎng)作用下,通過襯底母體材料的能量轉(zhuǎn)移過程得到與所轉(zhuǎn)移的材料發(fā)光色度相同的發(fā)光光譜,通過改變轉(zhuǎn)移材料的發(fā)光色度,產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)發(fā)光的亞像元。用這種方法進(jìn)行大面積轉(zhuǎn)移技術(shù)難度較高,投資較大。
(3)發(fā)光高分子溶液的噴墨打印法。將配制成一定溶液濃度的紅、綠、藍(lán)三種單色高分子溶液分別裝入打印機(jī)的墨盒中相應(yīng)的位置,采用與通常噴墨打印技術(shù)類似的方法將高分子溶液打印到指定襯底上,在襯底上形成所需要的紅、綠、藍(lán)發(fā)光高分子薄膜點(diǎn)陣,這種方法要求打印出來的溶液在干燥后必須形成厚度均勻、形狀規(guī)則、面積一致的像元點(diǎn)陣。這種方法存在的主要問題是所需要的噴墨打印機(jī)必須特制,機(jī)械移動(dòng)精度要求高,襯底表面需要經(jīng)過特殊處理使高分子溶液滴干燥后能夠形成厚度均勻、形狀規(guī)則的薄膜,這種方法投資成本高。
(4)藍(lán)光激發(fā)下轉(zhuǎn)換法。這種方法需要實(shí)現(xiàn)高效率、高亮度的藍(lán)色電致發(fā)光,通過發(fā)射出來的藍(lán)光激發(fā)綠色或紅色發(fā)光材料,以此獲得相應(yīng)的綠光和紅光,這樣的器件結(jié)構(gòu)是電致發(fā)光與光致發(fā)光物理過程相結(jié)合,從而獲得紅、綠、藍(lán)三基色發(fā)光,實(shí)現(xiàn)彩色圖像顯示。這種方法的主要問題是要以獲得高亮度、高效率、長(zhǎng)壽命藍(lán)光電致發(fā)光為前提,這正是目前高分子電致發(fā)光顯示器面臨的瓶頸問題。
(5)在小分子發(fā)光薄膜層間采用透明電極的疊層器件結(jié)構(gòu)。通過分別驅(qū)動(dòng)紅、綠、藍(lán)發(fā)光器件,得到相應(yīng)紅、綠、藍(lán)色的發(fā)光,產(chǎn)生的發(fā)光從透明電極側(cè)輻射出來。這種方法的缺陷是在制備彩色發(fā)光顯示器件工藝中,需要同時(shí)制備九層以上的有機(jī)層,兩層以上的透明電極層,三層金屬層,工藝十分繁雜,在器件制備過程中,需要的時(shí)間長(zhǎng),導(dǎo)致成本高、成品率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,提供一種電致多色發(fā)光顯示的高分子薄膜,通過調(diào)控電子和空穴載流子傳輸過程,利用寬禁帶高分子發(fā)光材料的激發(fā)能容易向窄禁帶高分子發(fā)光材料進(jìn)行分子間能量轉(zhuǎn)移機(jī)制實(shí)現(xiàn)彩色高分子發(fā)光顯示;這種薄膜具有超薄、穩(wěn)定、可調(diào)節(jié)發(fā)光顏色的效果和優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的目的還在于提供該電致多色發(fā)光顯示的高分子薄膜的制備方法,采用簡(jiǎn)單的、低成本的技術(shù)路線,實(shí)現(xiàn)高分子彩色顯示屏的制作。
本發(fā)明的電致多色發(fā)光顯示的高分子薄膜器件由透明襯底1、透明電極2、空穴傳輸層3、多層高分子薄膜和金屬電極薄膜依次層疊構(gòu)成;在第一高分子層4與第二高分子層5之間、第二高分子層5與第三高分子層6之間,以及在第三高分子層6上面各鍍有金屬電極層7,從垂直于薄膜方向上觀察,所有金屬電極層彼此互相不遮擋,目的是使發(fā)射的所有光不被靠近透明襯底的金屬電極層遮擋,薄膜由封裝盒8密封,如圖1。
所述電致多色發(fā)光顯示的高分子薄膜器件的制備方法是在透明導(dǎo)電電極襯底上依次涂覆或鍍覆透明電極修飾或空穴傳輸或空穴注入高分子層、第一高分子發(fā)光層、第一金屬層、第二高分子發(fā)光層、第二金屬層、第三高分子發(fā)光層、第三金屬層;從垂直于薄膜方向上觀察,金屬電極層之間彼此不遮擋,使第二層高分子發(fā)出的光不被第一層金屬電極層遮擋,第三層高分子發(fā)出的光不被第一層和第二層金屬電極層遮擋。
所述高分子層所用材料成分是以碳和硅做主鏈的共額或非共額體系,包含苯環(huán)和雜環(huán)結(jié)構(gòu)以及硫、錫、鋁、鋅、稀土、過渡金屬、重金屬等元素;金屬電極層所用材料成分是金屬鋰、硼、鈉、鈣、鎂、鈹、鋇、鉀、鋁、金、銀、及其氧化物或合金。薄膜制備采用現(xiàn)有技術(shù),對(duì)于高分子薄膜,采用如真空熱蒸發(fā)、旋轉(zhuǎn)圖覆、褂膜、印刷、噴墨打印、噴涂、等離子體聚合等;對(duì)于金屬,采用如真空熱蒸發(fā)、磁控濺射、電子束蒸發(fā)等。
所述電致多色發(fā)光顯示的高分子薄膜器件更具體的制備方法包括如下步驟(1)在透明導(dǎo)電電極襯底上,用旋轉(zhuǎn)涂覆、印刷、或噴涂方法制備透明電極修飾或空穴傳輸或空穴注入高分子層;(2)用旋轉(zhuǎn)涂覆、印刷、或噴涂方法制備第一高分子發(fā)光層;(3)用真空蒸鍍、或?yàn)R射方法制備第一金屬層;(4)用旋轉(zhuǎn)涂覆、印刷、或噴涂方法制備第二高分子發(fā)光層;(5)用真空蒸鍍、或?yàn)R射方法制備第二金屬層;(6)用旋轉(zhuǎn)涂覆、印刷、或噴涂方法制備第三高分子發(fā)光層;(7)用真空蒸鍍、或?yàn)R射方法制備第三金屬層。
用不透氣封裝盒蓋住高分子薄膜和金屬電極,并用不透氣膠封嚴(yán),使封裝盒內(nèi)與外界之間沒有氣體交換。
所述第一高分子層可以是發(fā)藍(lán)光材料,第二高分子層可以是發(fā)綠光材料,第三高分子層可以是發(fā)紅光材料,金屬電極均是具有低功函數(shù)的金屬,封裝盒可以是不透氣的玻璃、金屬、陶瓷等材料。當(dāng)?shù)谝?、第二和第三相?duì)參考透明電極加負(fù)電壓時(shí),可以觀察到分別從第一、第二和第三高分子層發(fā)出的藍(lán)色、綠色和紅色發(fā)光。
我們?cè)谌缦碌膶?shí)驗(yàn)中取得成功。用聚芴衍生物(polyflurene)作為藍(lán)光發(fā)光材料,用聚對(duì)苯乙炔(P-PPV)作為綠光發(fā)光材料,用聚對(duì)苯乙炔衍生物(MEH-PPV)作為紅色發(fā)光材料,均采用旋轉(zhuǎn)涂覆的方法制備高分子薄膜,得到的發(fā)射光譜,如圖2。圖2說明本發(fā)明提出的技術(shù)路線能夠?qū)崿F(xiàn)多色或彩色發(fā)光。峰值位置為445nm的發(fā)光光譜是典型的藍(lán)色發(fā)光,來自PF材料的特征發(fā)光;峰值位置為550nm的發(fā)光光譜是典型的綠色發(fā)光,來自P-PPV材料的特征發(fā)光;峰值位置為600nm的發(fā)光光譜是典型的紅色發(fā)光,來自MEH-PPV材料的特征發(fā)光。這樣,PF,P-PPV,MEH-PPV三種材料能夠在層狀薄膜結(jié)構(gòu)中,在電場(chǎng)激發(fā)下,分別給出藍(lán)色、綠色和紅色發(fā)光。其特點(diǎn)是在同一襯底上可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)紅、綠、藍(lán)色發(fā)光。進(jìn)一步,通過控制紅、綠、藍(lán)各顏色的發(fā)光強(qiáng)度或輻射能量(如改變激發(fā)電壓或電流或發(fā)光面積),可以實(shí)現(xiàn)各種光色,達(dá)到實(shí)現(xiàn)彩色發(fā)光的目的。
本發(fā)明創(chuàng)造的優(yōu)點(diǎn)和效果用旋轉(zhuǎn)涂覆、印刷、噴涂等大面積制備高分子薄膜的技術(shù)和方法,通過制備多層功能高分子薄膜的途徑和引入相應(yīng)多層金屬電極,用電壓同時(shí)或分別控制不同金屬電極,可獲得不同顏色的電致發(fā)光。這種電致發(fā)光器件優(yōu)點(diǎn)是充分利用高分子材料的容易加工特性,容易實(shí)現(xiàn)大面積薄膜的特點(diǎn),通過器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),用簡(jiǎn)單工藝實(shí)現(xiàn)高分子彩色電致發(fā)光器件。這是一種能夠?qū)崿F(xiàn)紅、綠、藍(lán)多色、彩色高分子發(fā)光顯示器件的新途徑。在相同透明襯底上得到的紅、綠、藍(lán)三種顏色高分子電致發(fā)光樣機(jī)。


圖1本發(fā)明電致多色發(fā)光顯示的高分子薄膜結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2本發(fā)明電致多色發(fā)光顯示的高分子薄膜電致發(fā)光光譜。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明最好的實(shí)施方式是采用ITO透明導(dǎo)電玻璃作為襯底,用旋轉(zhuǎn)涂覆方法制備PEDOT(聚苯胺衍生物)空穴傳輸層(厚度70nm),在真空烘箱中加熱70℃,2個(gè)小時(shí)。選擇高發(fā)光效率,并具有空穴傳輸性的紅(聚對(duì)本乙炔衍生物MEHPPV)、綠(聚對(duì)本乙炔衍生物P-PPV)和藍(lán)(聚芴PF)發(fā)光顏色的高分子材料,分子結(jié)構(gòu)式如下 將MEHPPV、P-PPV和PF溶解在甲苯溶劑中,分別制成0.5mol/ml,1mol/ml和2mol/ml的甲苯溶液,用旋轉(zhuǎn)涂覆方法分別制備此三種高分子均勻薄膜。在PEDOT高分子薄膜上依次制成藍(lán)色(PF)發(fā)光薄膜(厚度60nm)、綠色(P-PPV)發(fā)光薄膜(厚度50nm)和紅色(MEH-PPV)發(fā)光薄膜(厚度50nm),在這三層發(fā)光高分子薄膜后面真空蒸鍍低功函數(shù)的金屬電極(Ca-4nm/Al-200nm兩種金屬),這三層金屬電極在垂直于薄膜方向上彼此互相不遮擋。在完成薄膜制備基礎(chǔ)上,用玻璃板腐蝕制成的封裝盒封嚴(yán)薄膜,目的是隔離空氣,使高分子和金屬薄膜材料在空氣中不接觸氧氣,不被氧化,延長(zhǎng)器件的使用壽命。在氮?dú)饣驓鍤鈿夥障拢诮饘匐姌O與ITO電極(正極)之間施加電壓,可以從ITO電極側(cè)同時(shí)觀察到藍(lán)色、綠色和紅色發(fā)光。
權(quán)利要求
1.一種電致多色發(fā)光顯示的高分子薄膜,其特征在于由透明襯底、透明電極、空穴傳輸層、多層高分子薄膜和金屬電極薄膜依次層疊構(gòu)成;在第一高分子層與第二高分子層之間、第二高分子層與第三高分子層之間,以及在第三高分子層上面各鍍有金屬電極層,從垂直于薄膜方向上觀察,所有金屬電極層彼此互相不遮擋,所述高分子層所用材料成分是以碳和硅做主鏈的共額或非共額體系,包含苯環(huán)和雜環(huán)結(jié)構(gòu)以及硫、錫、鋁、鋅、稀土、過渡金屬、重金屬等元素;金屬電極層所用材料成分是金屬鋰、硼、鈉、鈣、鎂、鈹、鋇、鉀、鋁、金、銀、及其氧化物或合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電致多色發(fā)光顯示的高分子薄膜,其特征在于所述第一高分子層是發(fā)藍(lán)光材料,第二高分子層是發(fā)綠光材料,第三高分子層是發(fā)紅光材料,金屬電極均是具有低功函數(shù)的金屬,封裝盒可以是不透氣的玻璃、金屬、陶瓷等材料,當(dāng)?shù)谝弧⒌诙偷谌鄬?duì)參考透明電極加負(fù)電壓時(shí),可以觀察到分別從第一、第二和第三高分子層發(fā)出的藍(lán)色、綠色和紅色發(fā)光。
3.權(quán)利要求1所述的電致多色發(fā)光顯示的高分子薄膜的制備方法,其特征在于在透明導(dǎo)電電極襯底上依次涂覆或鍍覆透明電極修飾或空穴傳輸或空穴注入高分子層、第一高分子發(fā)光層、第一金屬層、第二高分子發(fā)光層、第二金屬層、第三高分子發(fā)光層、第三金屬層;從垂直于薄膜方向上觀察,金屬電極層之間彼此不遮擋,使第二層高分子發(fā)出的光不被第一層金屬電極層遮擋,第三層高分子發(fā)出的光不被第一層和第二層金屬電極層遮擋。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電致多色發(fā)光顯示的高分子薄膜的制備方法,其特征在于包括如下步驟(1)在透明導(dǎo)電電極襯底上,用旋轉(zhuǎn)涂覆、印刷、或噴涂方法制備透明電極修飾或空穴傳輸或空穴注入高分子層;(2)用旋轉(zhuǎn)涂覆、印刷、或噴涂方法制備第一高分子發(fā)光層;(3)用真空蒸鍍、或?yàn)R射方法制備第一金屬層;(4)用旋轉(zhuǎn)涂覆、印刷、或噴涂方法制備第二高分子發(fā)光層;(5)用真空蒸鍍、或?yàn)R射方法制備第二金屬層;(6)用旋轉(zhuǎn)涂覆、印刷、或噴涂方法制備第三高分子發(fā)光層;(7)用真空蒸鍍、或?yàn)R射方法制備第三金屬層;用不透氣封裝盒蓋住高分子薄膜和金屬電極,并用不透氣膠封嚴(yán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及電致多色發(fā)光顯示的高分子薄膜及其制備方法,所述薄膜由透明襯底、透明電極、空穴傳輸層、多層高分子薄膜和金屬電極薄膜依次層疊構(gòu)成;在第一高分子層與第二高分子層之間、第二高分子層與第三高分子層之間,以及在第三高分子層上面各鍍有金屬電極層,從垂直于薄膜方向上觀察,所有金屬電極層彼此互相不遮擋,本發(fā)明通過調(diào)控電子和空穴載流子傳輸過程,利用寬禁帶高分子發(fā)光材料的激發(fā)能容易向窄禁帶高分子發(fā)光材料進(jìn)行分子間能量轉(zhuǎn)移機(jī)制實(shí)現(xiàn)彩色高分子發(fā)光顯示;這種薄膜具有超薄、穩(wěn)定、可調(diào)節(jié)發(fā)光顏色的效果和優(yōu)點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)高分子彩色顯示屏的制作。
文檔編號(hào)H05B33/14GK1434670SQ0311388
公開日2003年8月6日 申請(qǐng)日期2003年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月10日
發(fā)明者彭俊彪, 曹鏞, 楊偉, 莫越奇, 高維先 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)
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