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有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)具有快速響應(yīng)、高功率效率和柔性質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn),隨著柔性顯示技術(shù)的快速發(fā)展,其在智能手機(jī)、電視屏幕等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。但OLED結(jié)構(gòu)復(fù)雜和水氧敏感特性導(dǎo)致其在大規(guī)模制備方面存在一定限制。發(fā)光電化學(xué)池(LEC)是一種結(jié)構(gòu)簡單、制備條件寬松的新型發(fā)光顯示器件,被公認(rèn)為是OLED的替代產(chǎn)品。然而,無論是OLED,還是LEC,其制備高度依賴于物理和化學(xué)真空沉積技術(shù),難以實現(xiàn)高效生產(chǎn)。全溶液處理技術(shù)可以通過全溶液工藝實現(xiàn)器件各功能層的制備,展現(xiàn)出高效率、低成本的顯著技術(shù)優(yōu)勢,發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>

LEC器件采用有機(jī)半導(dǎo)體與可移動離子混合夾在陰極與陽極之間,通過內(nèi)置p-i-n結(jié)實現(xiàn)電荷注入、傳輸和發(fā)射,空穴與電子在發(fā)光中心復(fù)合釋放能量產(chǎn)生光子。為保證光子從器件內(nèi)部順利逸出,LEC器件至少需要一個透明電極。其中,以陽極為透明電極的LEC結(jié)構(gòu)被稱為底部發(fā)光結(jié)構(gòu)。在底部發(fā)光結(jié)構(gòu)中,陽極及基底都需要具備良好的光透過率。目前,具有較高光透過率的氧化錫銦(ITO)是被廣泛使用的透明陽極材料,但其固有的脆性及低產(chǎn)量的沉積制備工藝,使其難以應(yīng)用于大面積柔性基底。為實現(xiàn)柔性透明電極的制備,石墨烯、碳納米管、導(dǎo)電聚合物等材料被廣泛研究。其中,聚(3,4-乙烯二氧噻吩)∶(聚苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)是一種具備良好導(dǎo)電性、光透過率和易于溶液化加工的導(dǎo)電聚合物,且在大氣環(huán)境下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,是制備透明電極的理想材料。同時,PEDOT∶PSS薄膜具有無定形特征,機(jī)械穩(wěn)定良好性,有助于其在柔性LEC器件中的應(yīng)用。目前,PEDOT∶PSS電極的溶液化制備工藝,如旋涂、噴涂等,存在材料消耗大,無法實現(xiàn)連續(xù)制備等問題。而凹版印刷作為一種卷對卷的加工工藝,不僅能提高材料的利用率,減少浪費(fèi),還能顯著提高制備效率,降低生產(chǎn)成本,從而實現(xiàn)連續(xù)且大面積的電極制備。

為了滿足LEC器件的底部發(fā)光需求,基底也需要具備良好的光透過率以實現(xiàn)基底-電極組件的整體透明性。當(dāng)前,用于發(fā)光器件的透明基底有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。其中,PET是一種透明性、機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性優(yōu)異的材料,是薄膜電極的理想基底。但PET表面能較低,導(dǎo)致凹版印刷成膜困難,因此,需要對PET進(jìn)行表面改性和調(diào)控。基底的印刷適應(yīng)性調(diào)控方法主要包括表面等離子體處理和油墨潤濕性調(diào)控。

其中,等離子體處理技術(shù)通過物理和化學(xué)作用改變材料表面的化學(xué)組成和物理狀態(tài),進(jìn)而提高其表面能,是一種不損傷基材的通用方法。氧等離子體處理通過氧化反應(yīng),在材料表面引入羥基等極性基團(tuán),可以增強(qiáng)PET基底與墨水之間的相互作用力,在改善印刷質(zhì)量的同時,增強(qiáng)電極與基底間的界面附著力。

PET基材等離子處理前后接觸角分析

PET分子鏈上缺乏親水基團(tuán),導(dǎo)致其表面能較低。同時,PET分子鏈排列緊密,表面分子間作用力強(qiáng),致使印刷墨水不易在其表面鋪展和潤濕。氧等離子體處理作為一種提升基底潤濕性能的有效手段,能夠有效改善PET基材的印刷適應(yīng)性,進(jìn)而優(yōu)化PEDOT∶PSS墨水配方在其表面的成膜效果。圖1為在氧等離子體處理前后PET基底上的接觸角照片。

圖1 氧等離子體處理前(a)后(b)PET基底上的接觸角

從圖1可以看出,經(jīng)氧等離子體處理后,在PET基材上的接觸角由55.4°(圖1a)降低至25.3°(圖1b),這得益于氧等離子體處理在PET基材表面引入羥基等親水基團(tuán),顯著提升了其墨水親和性,為在PET基材上通過凹版印刷制備具有優(yōu)良成膜特性的透明電極奠定了基礎(chǔ)。