[发明专利]摩擦发电直接驱动的有机发光二极管及驱动方法

说明书

技术领域

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

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。

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

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。

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：

(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。

(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；

(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；

(4)提供带有表面摩擦电荷的第一摩擦层；

(5)将所述第一摩擦层置于所述导电区的上方；

(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；

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；

优选地，所述制备通过蒸镀、旋涂或滴液后退火实现；

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；

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；

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；

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；

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；

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；

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；

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；

优选地，所述导电区的全部或部分为导电材料；

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；

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；

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；

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；

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；

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；