撰稿 | 劉士浩  潘  騰

過去幾十年間，經濟全球化促進了世界生產力的發展和人民生活水平的提高，也見證了假冒偽劣產品成長為一個全球性問題。假冒偽劣產品不僅每年為全球經濟帶來上萬億美元的損失，而且對人們健康和生活環境也產生重大威脅。

針對這個問題，防偽技術，尤其基于柔性紙基板及印刷技術的防偽材料或結構，如變色油墨、全息圖、水印和長余暉熒光粉等，相繼被開發出來以應對潛在的假冒侵權行為。 然而，隨著科技的發展，現有防偽在技術性門檻上亟待提高，開發新型防偽系統成為了順應時代和科技發展的現實需求。

將有機電子與現有防偽技術相集成，是提高防偽技術門檻的理想方案。有機電致發光器件(OLED)在可視化圖像顯示方面具有優勢，應用于防偽符合簡單易識別、安全難仿造及成本適當的需求。

鑒于防偽領域的巨大應用價值以及現有科學問題，近期，吉林大學電子科學與工程學院、集成光電子學國家重點實驗室謝文法教授，與美國賓夕法尼亞州立大學余存江教授合作，提出基于OLED的可視化防偽技術研究，旨在開發一種新型可視化圖像防偽系統，并拓展有機電子器件的應用領域，為有機發光器件在防偽領域的應用提供思路。

該研究成果以"A flexible, multifunctional, optoelectronic anticounterfeiting device from high-performance organic light-emitting paper"為題在線發表在Light: Science & Applications。

在該工作中，研究人員利用浸漬涂布法對粗糙的紙襯底進行形貌修飾，在保留紙紋及二維碼等天然及人工防偽特征的同時，也滿足了OLED器件對襯底形貌的需求，相關形貌修飾工程及紙基器件制備過程如圖1所示。

圖1：紙基OLED的制備過程

基于該紙基襯底，研究人員成功制備了高性能的OLED，其最大亮度和效率分別達到71, 346 cd/m2和64 cd/A，在100 cd/m2下器件T50壽命超過4000小時，且表現出優異的機械性能（見視頻1）。該器件性能刷新了目前紙基OLED性能的最高記錄，并首次證實了紙基OLED在實用化應用中的潛力。

在紙基OLED的基礎上，研究人員通過圖案化結構設計及功能層空間布局規劃，設計并制備了紙基光/電多重防偽標簽。如圖2所示，所制備的紙基防偽標簽包括三種類型的發光區域，即光激發區域、電激發區域以及光/電雙重激發區域。

圖2：紙基光/電多重防偽標簽的工作機理及示意圖

光激發區域采用高量子產率且在近紫外波段具有強吸收特點的紅光發光染料，使該區域在365 nm紫外光激發時發射出強烈的紅色文字 (圖2b)。在電激發狀態下，載流子經電極注入及傳輸層傳輸，在發光層形成激子，并在激子退激化輻射躍遷后形成綠色校徽和深藍正方形電致發光。在光激發狀態下，TCTA與TmPyPB對近紫外光吸收較弱，難以被泵浦發光。而在電激發狀態下，TCTA/TmPyPB界面由載流子復合形成的激子具有較高能量，可以激發具有高單線態能級的TCTA或TmPyPB產生深藍光發光，因此該正方形區域為電激發區域。校徽區域不僅在電激發狀態產生強烈綠光，而且在近紫外波導具有一定的吸收，在光激發狀態也可產生微弱綠光，因此該區域為光/電雙重激發區域。

根據以上特點，防偽標簽在光激發、電激發以及光電混合激發的工作條件下，可以展示出不同的發光圖案，滿足易識別可視化防偽需求，而且通過特異性材料選擇及圖案化設計，也有助于進一步提升該類型防偽標簽的技術門檻。此外，OLED的工作電壓普遍較低(3-10 V)，在日常生活中易于獲得相應的驅動電源(如充電寶、手機充電器等)，因此該類型防偽標簽無需借助多波段紫外光光源實現多重防偽圖案，對于普通消費者具有較好的可識別性及便利性。

為了進一步增強紙基光/電多重防偽標簽的防偽安全性，如圖3所示，研究團隊又在防偽標簽中OLED部分引入光學微腔結構，設計并制備了顏色視角可調的紙基防偽標簽。在該類型防偽標簽的OLED中，研究團隊結合紅光/藍光雙發光層及雙金屬電極形成的光學微腔，通過改變共振腔長的位置調控了電致發光區域隨角度產生的發光顏色變化。如圖3所示，隨視角增加，電致發光區域的發光呈現紅移，色坐標變化可超過5階麥克亞當橢圓范圍，即人眼可以明顯觀察到的顏色變化。此外，隨電壓增加，電致發光區域的發光呈現藍移的特征，也進一步增加了紙基防偽標簽的防偽安全特征。

圖3：顏色角度及電壓可調的紙基防偽標簽

該工作將紙基OLED這一柔性電致發光技術應用于發光防偽當中，開發了一種新型可視化圖像防偽系統。該防偽系統具有較強的可靠性、實用性以及可識別性。由于紙基襯底廣泛適用性，該紙基防偽標簽與各種商品的紙質外包裝或者說明書也具有良好的兼容性，具有潛在的經濟價值。

論文信息

Pan, T., Liu, S., Zhang, L. et al. A flexible, multifunctional, optoelectronic anticounterfeiting device from high-performance organic light-emitting paper. Light Sci Appl 11, 59 (2022).

https://doi.org/10.1038/s41377-022-00760-5

本文共同第一作者為吉林大學電子科學與工程學院博士生潘騰及吉林大學電子科學與工程學院劉士浩副教授，通訊作者為吉林大學電子科學與工程學院、集成光電子學國家重點實驗室謝文法教授和美國賓夕法尼亞州立大學余存江教授。