电化学聚合技术是利用前体分子在溶液/电极界面发生氧化或还原偶联反应制备功能性聚合物薄膜的方法。相比于其他成膜技术,电化学聚合技术具有以下几个优点:1、聚合物的合成与薄膜的形成一步完成;2、聚合薄膜可选择性精确定向沉积,是一种图案化薄膜的制备技术;3、聚合薄膜的结构、形貌和掺杂态等性质可以通过电化学聚合的参数进行调控;4、设备简易,制备条件绿色。电化学聚合通常用于具有一定导电性质的聚合物薄膜的合成,是导电聚合物合成的重要方法。电化学辅助的合成因过程简单、绿色无污染已成为有机合成化学的重要手段。2017年电化学合成被美国化学会点评为化学领域热点课题。利用电化学聚合方法制备高效率的发光薄膜是我们课题组的重要发现,并已成功实现高效率的有机电致发光(OLED)。这个薄膜制备技术用于OLED显示屏有望发展成一种不需要真空及掩膜的彩色图案化成膜新方法,为低成本的OLED显示面板提供一种全新的制备方案。这是一个开创性的、崭新的技术领域,极具挑战。关键的问题包括1、如何进一步提高效率?2、如何提高微电极上的电聚合薄膜质量?3、如何与现有的OLED面板工艺对接?本论文主要围绕发光电化学聚合薄膜应用于OLED显示的一些基础问题,开展了以下几个方面的研究工作:(1)以提高薄膜质量及器件性能为目标的电极界面修饰的方法研究。研究发现,在电极界面修饰一层超薄金纳米粒子(AuNPs),具有修复ITO电极表面的缺陷、改善ITO电极的浸润性、电化学氧化还原可逆性以及电极表面功函数等功能。AuNPs修饰的ITO电极对电聚合单体(OCBz C)的聚合反应有明显的催化效应,加快反应速率。AuNPs一方面可以作为薄膜沉积的成核点,诱导薄膜的快速、均匀生长,另一方面可以降低OCBz C单体的氧化电位,提高电极反应的可逆性、扩散速率以及电子转移速率,进而提升薄膜的生长速率、降低薄膜的掺杂度。利用AuNPs修饰的ITO电极我们获得了表面平整致密、本体掺杂量低的高质量发光薄膜以及发光均匀的OLED发光器件。(2)薄膜晶体管(Thin-film Transistor,TFT)导向的薄膜沉积技术(TFT directed dye electrodeposition,TDDE)—一种全新的无掩膜彩色薄膜沉积技术的开发研究。当前OLED面板主要采用TFT驱动技术(AMOLED),彩色显示屏制备设备与工艺(真空+掩膜版)成本高昂。我们尝试利用AMOLED基板上的TFT驱动电路作为电化学聚合的开关,实现彩色发光薄膜的选择性定向沉积。通过电路分析表明,电化学聚合需要的电势信号经过TFT驱动电路(含电阻、电容等)后仍能够得到保持。通过对电极表面的修饰、聚合参数以及TFT条件的优化,首次从实验上证实了TFT能够导向薄膜的定向沉积,TFT驱动电路可以作为开关对电聚合反应的发生或者禁阻进行控制,TDDE技术中TFT驱动电路对染料单体的电聚合行为以及聚合薄膜的质量没有影响。进一步地,通过TFT驱动电路的调控以及电解液的依次更换,采用TFT导向的薄膜沉积技术在非真空无掩膜的条件下,制备了平整均匀的高质量彩色薄膜以及光色优异的彩色发光器件。以上研究结果为电化学聚合技术在AMOLED显示中的应用迈出了重要的一步,也为AMOLED显示的制备提供了一种简单、低成本的新技术。(3)电化学聚合技术在高分辨、彩色OLED显示面板中的应用探索。显示器的分辨率由像素的尺寸决定,当前的工艺受掩膜版的制约,其精度大约15μm,且显示屏的制备工艺难度及成本随分辨率的提高急剧增加,使其难以应用于增强现实(Augmented Reality,AR)/虚拟现实(Virtual Reality,VR)等高分辨微型显示中。电化学聚合薄膜的制备不需要掩膜版,在高分辨率显示屏的应用中有巨大的潜力。我们发现在高密度阵列微电极上进行电聚合时,聚合薄膜更为平整,基本消除了分立微电极聚合时的“边缘效应”,这个效应与扩散层和电场的平均化有关,为高分辨图案薄膜的制备奠定了基础。通过实验条件的优化,采用电化学聚合方法首次制备了分辨率为1693 ppi、2116 ppi和2822 ppi的高质量发光薄膜及其对应的高分辨显示屏,薄膜的形貌平整,边界非常清晰,高分辨显示屏发光均匀、没有暗线。进一步地,通过对基板上不同像素电极上电聚合信号的控制以及不同颜色的电解液的更换,获得了高质量的红绿蓝(RGB)彩色电聚合发光薄膜及其对应的彩色发光显示屏,并且不同颜色薄膜的沉积之间相互没有颜色串扰,器件的色纯度优异。以上研究结果展示了电化学聚合技术在高分辨、彩色OLED显示器件中应用的巨大优势以及发展潜力,也为彩色OLED显示以及VR/AR等高分辨微型显示器件的制备提供了一种简单、低成本的彩色图案化技术。