摩擦发电直接驱动的有机发光二极管及驱动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件领域，特别涉及一种通过摩擦发电直接驱动有机发光二极管的方法和基于该方法的有机发光二极管。
【背景技术】
[0002]基于有机半导体材料的发光二极管在日常生活、科学研究以及军事等领域具有广泛的应用。目前，用以驱动有机发光二极管的方法主要是以外接稳定电源为主，同时也需要相应的线路连接进行配合。以外接电源来控制发光二极管可以达到稳定的输出，但限制了发光二极管的使用环境，并且消耗了能源。最近几年，世界各国科学家都在积极开发各种新型环保发电方式，为了解决环境的污染问题以及降低发电成本。从2012年开始，佐治亚理工学院的王中林教授就开始尝试使用摩擦电和静电等普遍的现象，去收集人们一举一动中产生的机械能并用其来发电，进而研发出了一系列具有不同结构的摩擦发电机。
[0003]有机发光二极管作为可以实现大面积蒸镀的柔性电子器件，有设计灵活和加工工艺简单的优点。如果能将摩擦发电机与之相结合，可以在节省能源的同时实现对有机发光二极管更便捷更小型的集成化应用。但是目前在这方面尚无相关的研究成果被报道。这可能与摩擦发电机同有机发光二极管结合过程中会遇到的一个棘手问题有关:摩擦发电机输出电压较大而输出电流较小，而有机发光二极管的通常厚度较薄，一般小于1微米。如果直接将摩擦发电机与有机发光二极管相连接会导致过电压击穿或驱动电流不足。因此，必须有相应的整流电路和充放电的电容来配合。然而这些外接电路增加了器件的成本以及结构的复杂性，无法满足整体器件的小型化和一体化要求。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中的上述问题，本发明的目的是提供一种不需要驱动电路辅助的、采用摩擦发电机直接驱动有机发光二极管的方法以及基于该方法而设计并制备的有机发光二极管，克服现有摩擦发电机输出电压过高而输出电流低的问题，使之可以用以直接驱动有机发光二极管，从而实现摩擦发电机和有机发光二极管的集成化和一体化。
[0005]为实现上述目的，本发明首先提供一种利用摩擦发电直接驱动有机发光二极管的方法，包括如下步骤:
[0006](1)提供有机发光二极管,包括第一电极、第二电极和处于第一电极和第二电极之间的有机发光层，使所述第一电极接地，所述第二电极表面朝上。
[0007](2)形成绝缘层，所述绝缘层下表面完全覆盖所述第二电极的上表面；
[0008](3)在所述绝缘层的部分区域形成导电区，所述导电区间隔地位于所述第二电极的上方，并且所述导电区的上表面构成所述绝缘层上表面的一部分；
[0009](4)提供带有表面摩擦电荷的第一摩擦层；
[0010](5)将所述第一摩擦层置于所述导电区的上方；
[0011](6)所述第一摩擦层上的摩擦电荷通过所述导电区驱动所述有机发光二极管发光;
[0012]优选地，步骤(2)中所述绝缘层直接制备在所述第二电极之上；
[0013]优选地，所述制备通过蒸镀、旋涂或滴液后退火实现；
[0014]优选地，步骤(3)中所述导电区与所述第二电极上表面之间的间隔大于所述有机发光二极管的整体厚度；
[0015]优选地，所述间隔为所述有机发光二极管厚度的2倍至10倍；
[0016]优选地，所述导电区的下表面向所述有机发光二极管方向的投影的尺寸与所述第二电极基本一致；
[0017]优选地，所述导电区的下表面向所述有机发光二极管方向的投影面积与所述绝缘层向在该方向的投影面积之比为1:2—1:10;
[0018]优选地，所述导电区的全部或部分上表面与所述绝缘层的上表面位于同一平面；
[0019]优选地，所述导电区的部分上表面向所述有机发光二极管方向形成凹陷；
[0020]优选地，所述凹陷的导电区通过纳米结构压印再蒸镀导体材料的方法制备；
[0021]优选地，所述导电区的电导率比所述绝缘层的电导率大5倍以上；
[0022]优选地，所述导电区的全部或部分为导电材料；
[0023]优选地，通过导体掺杂或渗入的方式形成部分为导电材料的导电区；
[0024]优选地，步骤(4)中的所述摩擦电荷通过所述第一摩擦层与所述绝缘层摩擦而形成，或者，通过所述第一摩擦层与其他材料摩擦而形成；
[0025]优选地，所述第一摩擦层与所述绝缘层之间的摩擦通过二者之间宏观的相对滑动实现，或者通过二者之间微观的接触摩擦实现；
[0026]优选地，所述第一摩擦层与所述绝缘层相互接触的表面均设有微纳结构；
[0027]优选地，所述摩擦电荷为负电荷时，所述第二电极为阴极，所述摩擦电荷为正电荷时，所述第二电极为阳极；
[0028]优选地，所述导电区上表面和下表面的面积均小于所述第一摩擦层朝向所述导电区的表面积；
[0029]优选地，步骤(5)中所述第一摩擦层为接触或不接触地位于所述导电区的上方；
[0030]优选地，所述第一摩擦层不接触地位于所述导电区的上方时，二者之间的间距小于1毫米。
[0031]发明并不对有机发光二极管本体进行特殊要求。有机发光发光二极管可以是本领域常规的由多层有机薄膜构成的有机电子器件。具有镀在基板上的透明阳极电极(ΙΤ0，ΙΖ0)、阻挡层，空穴传输层，电子传输层、阻挡层电极修饰层以及最上方的阴极电极。优选阳极电极接地处理。
[0032]可见，本发明通过在多层有机发光二极管的上层沉积一个摩擦材料层，并在有机发光二极管上方设计出电荷传输区域，利用电荷传输区域和摩擦材料层整体的面积差显著地提高了流经发光二极管的电流密度，同时利用摩擦材料层分担电势差，有效地降低了有机发光二极管两端的电压。
[0033]基于上述方法，本发明还提供一种利用摩擦电荷直接驱动的有机发光二极管，包括:基板、第一电极、第二电极、有机发光层、绝缘层、导电区和第一摩擦层；所述第一电极位于所述基板上并接地；所述有机发光层位于所述第一电极和第二电极之间；所述绝缘层的下表面完全覆盖所述第二电极的上表面；所述导电区位于所述绝缘层之中、所述第二电极的上方并且与所述第二电极之间形成间隔，所述导电区的上表面构成所述绝缘层上表面的一部分；第一摩擦层140能够形成摩擦电荷并通过导电区130驱动有机发光层103发光；
[0034]优选地，所述导电区与所述第二电极上表面之间的间隔大于所述第一电极和第二电极之间的距离；
[0035]优选地，所述间隔为所述第一电极和第二电极之间距离的2倍至10倍；
[0036]优选地，所述导电区的下表面向所述第二电极方向的投影的尺寸与所述第二电极基本一致；
[0037]优选地，所述导电区的下表面向所述第二电极方向的投影面积与所述绝缘层向在该方向的投影面积之比为1:2—1:10;
[0038]优选地，所述导电区的全部或部分上表面与所述绝缘层的上表面位于同一平面；
[0039]优选地，所述导电区的部分上表面向所述第二电极方向形成凹陷；
[0040]优选地，所述导电区的电导率比所述绝缘层的电导率大5倍以上；
[0041]优选地，所述导电区的全部或部分为导电材料；
[0042]优选地，所述导电材料以跃迁点的形式分布在导电区中；
[0043]优选地，所述第一摩擦层能够与所述绝缘层或其他材料发生摩擦而使其表面带有电荷；
[0044]优选地，所述第一摩擦层和所述绝缘层相互接触的表面设置有微纳结构；
[0045]优选地，所述第一摩擦层与所述绝缘层上表面之间能够发生滑动摩擦，并且所述第一摩擦层的滑动范围能够覆盖所述导电区的上方，所述第一摩擦层与所述绝缘层材料的摩擦电性质不同；
[0046]优选地,所述绝缘层的厚度大于5 μ m ;
[0047]优选地，所述第一摩擦层和所述绝缘层均为柔性材料；
[0048]优选地，所述第一摩擦层与其他材料发生摩擦，并且所述第一摩擦层与所述导电区上表面的间距小于1mm ；
[0049]优选地，所述第一摩擦层上所带有的摩擦电荷为负时，所述第二电极为阴极，所述摩擦电荷为正时，所述第二电极为阳极；
[0050]优选地，所述导电区上表面和下表面的面积均小于所述第一摩擦层朝向所述导电区的表面积；
[0051]优选地，所述第一摩擦层为接触或不接触地位于所述导电区的上方；
[0052]优选地，所述第一摩擦层不接触地位于所述导电区的上方时，二者之间的间距小于1毫米。
[0053]本发明的优势在于利用摩擦所产生的表面电荷成功地实现了在无外接电源条件下对有机发光二极管的驱动，而且通过绝缘层和导电区的设置，有效地控制了驱动电压，不仅点亮了有机发光二极管，同时也克服了过电压对有机薄膜造成的击穿问题，解决了现有技术中的难题。
[0054]而且本发明还提供了三种在第一摩擦层表面产生摩擦电荷的方法:
[0055]方法一:通过绝缘层与第一摩擦层进行摩擦，利用两种材料摩擦极性的不同使第一摩擦层表面带有相应的表面电荷。
[0056]方法二:通过其他材料与第一摩擦层进行摩擦，之后将带有表面电荷的第一摩擦层与绝缘层和导电区相互接近。通过非接触的静电感应作用而在绝缘层和导电区的表面生成电性相反的电荷。
[0057]方法三:采用可弯曲的有机发光二极管，通过衬底的弯曲