摩擦發電直接驅動的有機發光二極管及驅動方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體器件領域，特別涉及一種通過摩擦發電直接驅動有機發光二極管的方法和基于該方法的有機發光二極管。
【背景技術】
[0002]基于有機半導體材料的發光二極管在日常生活、科學研究以及軍事等領域具有廣泛的應用。目前，用以驅動有機發光二極管的方法主要是以外接穩定電源為主，同時也需要相應的線路連接進行配合。以外接電源來控制發光二極管可以達到穩定的輸出，但限制了發光二極管的使用環境，并且消耗了能源。最近幾年，世界各國科學家都在積極開發各種新型環保發電方式，為了解決環境的污染問題以及降低發電成本。從2012年開始，佐治亞理工學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象，去收集人們一舉一動中產生的機械能并用其來發電，進而研發出了一系列具有不同結構的摩擦發電機。
[0003]有機發光二極管作為可以實現大面積蒸鍍的柔性電子器件，有設計靈活和加工工藝簡單的優點。如果能將摩擦發電機與之相結合，可以在節省能源的同時實現對有機發光二極管更便捷更小型的集成化應用。但是目前在這方面尚無相關的研究成果被報道。這可能與摩擦發電機同有機發光二極管結合過程中會遇到的一個棘手問題有關:摩擦發電機輸出電壓較大而輸出電流較小，而有機發光二極管的通常厚度較薄，一般小于1微米。如果直接將摩擦發電機與有機發光二極管相連接會導致過電壓擊穿或驅動電流不足。因此，必須有相應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構的復雜性，無法滿足整體器件的小型化和一體化要求。

【發明內容】

[0004]為了解決現有技術中的上述問題，本發明的目的是提供一種不需要驅動電路輔助的、采用摩擦發電機直接驅動有機發光二極管的方法以及基于該方法而設計并制備的有機發光二極管，克服現有摩擦發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動有機發光二極管，從而實現摩擦發電機和有機發光二極管的集成化和一體化。
[0005]為實現上述目的，本發明首先提供一種利用摩擦發電直接驅動有機發光二極管的方法，包括如下步驟:
[0006](1)提供有機發光二極管,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域形成導電區，所述導電區間隔地位于所述第二電極的上方，并且所述導電區的上表面構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電區的上方；
[0011](6)所述第一摩擦層上的摩擦電荷通過所述導電區驅動所述有機發光二極管發光;
[0012]優選地，步驟(2)中所述絕緣層直接制備在所述第二電極之上；
[0013]優選地，所述制備通過蒸鍍、旋涂或滴液后退火實現；
[0014]優選地，步驟(3)中所述導電區與所述第二電極上表面之間的間隔大于所述有機發光二極管的整體厚度；
[0015]優選地，所述間隔為所述有機發光二極管厚度的2倍至10倍；
[0016]優選地，所述導電區的下表面向所述有機發光二極管方向的投影的尺寸與所述第二電極基本一致；
[0017]優選地，所述導電區的下表面向所述有機發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]優選地，所述導電區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]優選地，所述導電區的部分上表面向所述有機發光二極管方向形成凹陷；
[0020]優選地，所述凹陷的導電區通過納米結構壓印再蒸鍍導體材料的方法制備；
[0021]優選地，所述導電區的電導率比所述絕緣層的電導率大5倍以上；
[0022]優選地，所述導電區的全部或部分為導電材料；
[0023]優選地，通過導體摻雜或滲入的方式形成部分為導電材料的導電區；
[0024]優選地，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，或者通過二者之間微觀的接觸摩擦實現；
[0026]優選地，所述第一摩擦層與所述絕緣層相互接觸的表面均設有微納結構；
[0027]優選地，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]優選地，所述導電區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電區的表面積；
[0029]優選地，步驟(5)中所述第一摩擦層為接觸或不接觸地位于所述導電區的上方；
[0030]優選地，所述第一摩擦層不接觸地位于所述導電區的上方時，二者之間的間距小于1毫米。
[0031]發明并不對有機發光二極管本體進行特殊要求。有機發光發光二極管可以是本領域常規的由多層有機薄膜構成的有機電子器件。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。優選陽極電極接地處理。
[0032]可見，本發明通過在多層有機發光二極管的上層沉積一個摩擦材料層，并在有機發光二極管上方設計出電荷傳輸區域，利用電荷傳輸區域和摩擦材料層整體的面積差顯著地提高了流經發光二極管的電流密度，同時利用摩擦材料層分擔電勢差，有效地降低了有機發光二極管兩端的電壓。
[0033]基于上述方法，本發明還提供一種利用摩擦電荷直接驅動的有機發光二極管，包括:基板、第一電極、第二電極、有機發光層、絕緣層、導電區和第一摩擦層；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；所述導電區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，所述導電區的上表面構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電區130驅動有機發光層103發光；
[0034]優選地，所述導電區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]優選地，所述導電區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]優選地，所述導電區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]優選地，所述導電區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]優選地，所述導電區的部分上表面向所述第二電極方向形成凹陷；
[0040]優選地，所述導電區的電導率比所述絕緣層的電導率大5倍以上；
[0041]優選地，所述導電區的全部或部分為導電材料；
[0042]優選地，所述導電材料以躍遷點的形式分布在導電區中；
[0043]優選地，所述第一摩擦層能夠與所述絕緣層或其他材料發生摩擦而使其表面帶有電荷；
[0044]優選地，所述第一摩擦層和所述絕緣層相互接觸的表面設置有微納結構；
[0045]優選地，所述第一摩擦層與所述絕緣層上表面之間能夠發生滑動摩擦，并且所述第一摩擦層的滑動范圍能夠覆蓋所述導電區的上方，所述第一摩擦層與所述絕緣層材料的摩擦電性質不同；
[0046]優選地,所述絕緣層的厚度大于5 μ m ;
[0047]優選地，所述第一摩擦層和所述絕緣層均為柔性材料；
[0048]優選地，所述第一摩擦層與其他材料發生摩擦，并且所述第一摩擦層與所述導電區上表面的間距小于1mm ；
[0049]優選地，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]優選地，所述導電區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電區的表面積；
[0051]優選地，所述第一摩擦層為接觸或不接觸地位于所述導電區的上方；
[0052]優選地，所述第一摩擦層不接觸地位于所述導電區的上方時，二者之間的間距小于1毫米。
[0053]本發明的優勢在于利用摩擦所產生的表面電荷成功地實現了在無外接電源條件下對有機發光二極管的驅動，而且通過絕緣層和導電區的設置，有效地控制了驅動電壓，不僅點亮了有機發光二極管，同時也克服了過電壓對有機薄膜造成的擊穿問題，解決了現有技術中的難題。
[0054]而且本發明還提供了三種在第一摩擦層表面產生摩擦電荷的方法:
[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電區相互接近。通過非接觸的靜電感應作用而在絕緣層和導電區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光二極管，通過襯底的彎曲