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有機發(fā)光二極管(OLED)具有快速響應、高功率效率和柔性質輕等優(yōu)點,隨著柔性顯示技術的快速發(fā)展,其在智能手機、電視屏幕等領域被廣泛應用。但OLED結構復雜和水氧敏感特性導致其在大規(guī)模制備方面存在一定限制。發(fā)光電化學池(LEC)是一種結構簡單、制備條件寬松的新型發(fā)光顯示器件,被公認為是OLED的替代產品。然而,無論是OLED,還是LEC,其制備高度依賴于物理和化學真空沉積技術,難以實現(xiàn)高效生產。全溶液處理技術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、低成本的顯著技術優(yōu)勢,發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>

LEC器件采用有機半導體與可移動離子混合夾在陰極與陽極之間,通過內置p-i-n結實現(xiàn)電荷注入、傳輸和發(fā)射,空穴與電子在發(fā)光中心復合釋放能量產生光子。為保證光子從器件內部順利逸出,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結構被稱為底部發(fā)光結構。在底部發(fā)光結構中,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量的沉積制備工藝,使其難以應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)是一種具備良好導電性、光透過率和易于溶液化加工的導電聚合物,且在大氣環(huán)境下化學性質穩(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,機械穩(wěn)定良好性,有助于其在柔性LEC器件中的應用。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,還能顯著提高制備效率,降低生產成本,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,導致凹版印刷成膜困難,因此,需要對PET進行表面改性和調控。基底的印刷適應性調控方法主要包括表面等離子體處理和油墨潤濕性調控。

其中,等離子體處理技術通過物理和化學作用改變材料表面的化學組成和物理狀態(tài),進而提高其表面能,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,在材料表面引入羥基等極性基團,可以增強PET基底與墨水之間的相互作用力,在改善印刷質量的同時,增強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,導致其表面能較低。同時,PET分子鏈排列緊密,表面分子間作用力強,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基材的印刷適應性,進而優(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,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。