[发明专利]基于激光还原图案化石墨烯电极的有机电致发光器件及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术领域，具体涉及一种基于激光还原图案化石墨烯电极的有机电致发光器件及其制备方法。

技术背景

近年来，世界对信息的需求快速增长，信息产业在全球范围内迅猛发展，信息技术已成为支撑当今经济活动和社会生活的基石。其中，作为信息技术的重要一环——信息显示技术，更是在人类的知识获取和生活改善中起到了关键作用。

作为新一代显示技术，平板显示(FPD)兼具重量轻、体积小、功耗小、无辐射等突出优点，已成为人们在显示领域内的主流需求。目前，FPD主要包括液晶显示器(LCD)、等离子显示器(PDP)、场发射显示器(FED)、有机电致发光器件(OLED)等。其中，LCD凭借其优良特性以及成熟的市场化生产，在平板显示市场上占据了较大份额。虽然LCD在显示市场中暂时保持首要地位，但仍存在一些本质上的缺点：亮度低、响应速度慢、非主动光源等等，这就促使科研人员对新型显示器件进行开发和探索。

伴随着人们的强烈需求和科学界不断的研究突破，新一代的平板显示技术——有机电致发光器件(Organic Light Emitting Devices，OLEDs)应运而生，走入人们的视野，近年来发展势头强劲。它与传统的显示器相比，具有如下的优点：

1)由于器件主体为有机物，从而材料的选择范围广，可实现全彩色固态显示；

2)器件质轻，厚度薄；

3)自主发光，无需背光源；

4)响应速度快(小于1μs)，可呈现出超快的动态图像而不带有残影效果；可提高图像刷新速度，显示快速的动态图像时效果好；

5)使用的温度范围宽，可在低温条件下进行显示工作；

6)可制备成柔性器件；

7)生产工艺相对简单，便于进行大面积制作加工。

对于OLED来说，材料是器件的主体，材料的选择和应用是维系器件正常工作并影响其性能的重要因素。在OLED中，电极材料的选择一直都是学术界的研究热点。传统的电极材料ITO(铟氧化锡)凭借其出色的导电性和透明度一直属于有机电致发光器件中的主流电极，但是由于ITO本身弯曲易碎裂的缺点，使得其限制了OLED在柔性器件中的应用；另外由于地球上铟元素的稀缺，导致OLED器件的成本会逐渐提高。因此，为ITO寻找一种新型的替代电极是十分必要的。

石墨烯这一新型材料诞生于2004年，它的结构为单层石墨，只有一个碳原子的厚度。它本身具有许多出色的物理化学性质：载流子迁移率高，导电性、导热性好，柔性好，透明度高等等。使其具备了柔性透明电极的先天条件，是有望替代ITO的新型电极材料。

当前，对于石墨烯材料的合成和应用在科研领域内不断引发学术热潮。在微观领域的应用中，石墨烯的图案化是一个较新颖的研究方向，它属于微纳加工技术领域，目前图案化的方法主要包括三种：掩膜法、转移印刷法和直写法。作为直写法的一个分类，激光加工利用激光光束聚焦的高热量，可将石墨烯氧化物中的氧去除，从而还原出石墨烯电极；由于激光加工的高精度(可达1nm)定位，可在还原的同时将石墨烯电极加工成特定的图案，从而完成了图案化石墨烯电极的制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光还原图案化石墨烯电极的有机电致发光器件。其是将激光加工出的微米量级图案化石墨烯电极放到OLED中加以应用。

本发明具体涉及到采用激光微纳加工技术制备出的图案化石墨烯作为电极材料，将其应用制备成有机电致发光器件。这一想法打破了以往大面积器件的常规思路，将电极的面积缩小至微米量级，并在其中引入图案，使得器件发光的区域为微缩化的图案结构，从而将有机光电器件和激光微纳加工巧妙地结合起来。

本发明使用旋涂技术、激光微纳加工技术以及真空蒸发沉积技术。在洁净的衬底上首先蒸镀金作为引出电极，并在中间留下一条微米量级的沟道。然后在金电极之上旋涂石墨烯氧化物，使得旋涂材料将金电极及沟道完全覆盖，再采用真空烘箱进行烘干处理。之后采用激光微纳加工系统对旋涂的石墨烯氧化物薄膜进行还原加工，在图形程序的控制下制备出图案化的石墨烯电极材料，电极图案包括梯子型和领结型。最后利用真空蒸发沉积技术，在图案化的石墨烯电极上蒸镀各个有机功能层及阴极，从而制成有机电致发光器件。

本发明中采用的激光微纳加工系统是为逐点扫描的激光直写加工系统，该系统包括：光源系统(激光器及光路调节元件)、软件控制系统、三维精密移动系统和实时监控系统。