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人工微结构和介观物理国家重点实验室在有机电致发光材料与器件方面取得重要成果

       近期出版的《先进材料》杂志(Advanced Materials)上,以“宽带弱电子传输材料用于有机蓝色磷光发光器件而获得100%的内量子效率”为题报道了人工微结构和介观物理国家重点实验室肖立新副教授与世界著名有机光电子学专家城户淳二教授合作在有机电致发光材料及器件方面的最新进展 (http://dx.doi.org/10.1002/adma.200802034)。

 

       通常有机材料被认为是绝缘体,但是随着科学的进步,科学家们不但发明了可以导电的有机材料,还发现某些有机材料通电可以发光。自从20年前开发出来的薄膜有机电致发光二极管(Organic Light Emitting Diodes, OLED)以来,在这方面已经取得惊人的进步。OLED被认为是下一代超薄平面显示器的新星,由于具有快速响应,面发光和低能耗等特点,必将成为液晶显示器、等离子体显示器等强有力的竞争对手。1997年日本先锋公司率先实现了OLED的实用化,如今绝大部分的国际知名电子公司,比如三星、爱普森,柯达,索尼,三洋、东芝等,甚至连液晶的先驱者-夏普公司也投入到了这场如火如荼的技术竞赛中。2005年韩国三星公司制作出了世界上最大的单片40英寸OLED,2007年日本索尼公司推出11英寸的OLED电视机商品,更加让大家感觉到了有机电致发光平面显示器时代的迫近。

 

       时至今日有机电致发光材料已取得了巨大的进展,但是通常采用的荧光材料(单线态发光)的内量子效率理论上只有25%,由于不同折射率物质对光传播的影响,最后只有20%的光能够发射出来,也就是只有5%的外量子效率。如果采用磷光材料(三线态发光),原来不发光的三线态也能发光,故理论上可以得到100%的内量子效率发光。OLED的量子效率是由发光材料的发光效率和电荷传输效率决定的,实验上证实蓝色磷光的光致发光效率已经可以达到100%,但是因为蓝色属于宽带发光,其导电能力将大大降低,故对于蓝色电致磷光很难实现高效发光。蓝色不但是三原色之一,而且还可以通过色变换方式得到长波长的绿色、红色发光,故开发高效蓝光对于磷光器件的产业化非常重要。由于有机材料本身的传导电子的能力不及传导孔穴的能力,故电荷传输效率低下。如何改善有机材料的电子传输性能以及开发高效电子传输材料一直是实验室努力的方向,部分结果已经发表于Chemistry Letters 2007,36, 802;Appl. Phys. Lett., 2008, 93:133301。

 

       对于蓝色磷光器件,按照通常的理论需要开发具有高电子传输性能及高三线态能级的宽带材料。但是高三线态能级的宽带材料与高电子传输性能通常是两难命题。我们通过设计一种高三线态能级的宽带材料(能隙达到4.0eV,宽于一般的半导体材料),其电子传输性能低于现有的材料,但是由于其能够很好地阻挡孔穴传输,故使得器件中的电荷传输能够很好达到平衡,结果出人意料地达到了将近100%的内量子效率,由此给高效蓝色磷光器件的设计提供了新的思路。

 

       相关部分工作得到国家973计划和国家自然科学基金委的资助。

 

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