NSR综述：本征柔性显示——关键材料与器件

知社学术圈 2022-10-13

The following article is from 中国科学杂志社 Author 《国家科学评论》

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中国科学院化学研究所刘云圻院士、郭云龙研究员等在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）发表综述文章，从七个方面重点介绍了本征柔性显示领域的最新进展，具体涉及：显示的发展背景、本征柔性显示的概念、本征柔性电极材料、本征柔性有机半导体和介质材料、用于电致发光器件的本征柔性有机发光半导体，以及OTFT驱动的电致发光器件等。赵志远博士、刘凯博士、刘彦伟为共同第一作者。

柔性电子产品的发展使人们的生活更加舒适、便利，而新型柔性显示技术是该领域的重要研究方向。如下图所示，显示技术的发展可以分为“平板显示”、“柔性显示”和“本征柔性显示”三个发展阶段。目前，柔性显示主要是通过减薄技术和铰链技术实现的。而由于显示面板受其尺寸和形状限制，开发本征柔性显示仍是一个巨大的科学和技术挑战。

发展示意图：平板显示→柔性显示→本征柔性显示

与柔性和可拉伸器件不同，本征柔性显示器应同时满足三个关键要求：高弹性变形、小于0.5 mm的弯曲半径、大于25%的拉伸应变。在这三个条件下，显示器才可以贴附、折叠或卷曲，从而真正实现“人机交互、无处不在”。

要解决现有难题，关键在于如何制备其中的关键材料与器件，包括本征柔性电极、半导体、介质材料以及相关的本征柔性晶体管驱动器和显示面板等。针对这些关键材料与器件，这篇综述文章分别进行了介绍：

本征柔性电极应当具备优异的导电性、高机械拉伸性、理想的粘附性、合适的功函数、良好的化学稳定性和生物相容性等。作者对目前报道的本征柔性电极材料进行详细总结，包括碳纳米管、石墨烯、金属纳米线、导电聚合物及其杂化体系。
本征柔性聚合物半导体的实现主要采用如下几种策略：共轭聚合物分子量和立构规整度的调控、聚合物分子骨架和分子侧链设计、增塑分子添加剂对共轭聚合物的掺杂、共轭聚合物与弹性体聚合物的共混。
本征柔性介电材料靠近半导体层，对载流子的传输具有很大影响。目前常用的弹性体介电材料包括聚氨酯（PU）、PDMS和苯乙烯-氢化丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SEBS）。然而，这些弹性体介电材料介电常数较低，导致操作电压增大。该文对于本征柔性介质材料的发展作了详细的介绍。
本征柔性有机发光半导体目前主要采用嵌段聚合的策略引入柔性链以提高其耐拉伸应变能力，在不降低材料光致发光能力的前提下，其可拉伸性高达100%。因此，引入新的设计策略平衡有机发光半导体的可拉伸性和光致发光能力是该类材料发展的重要方向。
本征柔性电致发光器件主要包括聚合物发光二极管（PLED）、有机发光电化学池（OLEC）、可拉伸交流电致发光（ACEL）。受限于本征可拉伸电致发光材料的性能，目前本征柔性电致发光器件主要通过掺杂或共混的方式得以实现。