為了提高顯示器的亮度、對比度和分辨率,同時(shí)降低生產(chǎn)成本和能源使用,科學(xué)家開發(fā)了幾種類型的LED,包括OLED、基于量子點(diǎn)的LED(QLED)、基于鈣鈦礦的LED和Micro LED。日前,發(fā)表在《自然雜志》上的一項(xiàng)新研究表明,使用自由基的OLED出現(xiàn)新進(jìn)展。
圖片來源:Nature
11月22日,《Nature》雜志刊發(fā)了吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院、超分子結(jié)構(gòu)與材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李峰教授研究團(tuán)隊(duì)和劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室(Cavendish Laboratory)Richard H. Friend教授研究團(tuán)隊(duì)合作論文“高效雙線態(tài)自由基發(fā)光二極管”。
李峰教授研究團(tuán)隊(duì)以TTM自由基作為核心,以PCz和NCz兩個(gè)咔唑衍生物作為給體(Donor),得到了兩個(gè)高效的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)(CT)紅光自由基TTM-3NCz、TTM-3PCz(如圖1所示)。這種Donor-Radical結(jié)構(gòu)的分子設(shè)計(jì)大幅提高了發(fā)光自由基分子的穩(wěn)定性以及發(fā)光效率,兩個(gè)分子甲苯溶液中的光致發(fā)光效率分別達(dá)到49%和46%,其摻雜薄膜的光致發(fā)光效率分別達(dá)到90%和61%。
圖1 自由基TTM、TTM-3NCz和TTM-3PCz的分子結(jié)構(gòu) (來源:吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院)
在吉林大學(xué)培英計(jì)劃的支持下,通過與劍橋大學(xué)Richard H. Friend教授研究團(tuán)隊(duì)合作,以TTM-3NCz、TTM-3PCz摻雜薄膜為發(fā)光層制備的OLED最大EQE分別達(dá)到27%和17%(如圖2所示),其中27%的EQE已接近100%IQE的理論極限值,是目前為止已報(bào)道的深紅光/近紅外光發(fā)光二極管(LED)中的最高值。同時(shí),瞬態(tài)光譜和理論計(jì)算結(jié)果表明:器件的發(fā)光來自于自由基雙線態(tài)激子SOMO→HOMO的躍遷。該研究成果是OLED研究領(lǐng)域的重大突破,展現(xiàn)了發(fā)光自由基在有機(jī)光電領(lǐng)域的應(yīng)用前景,為OLED的研究開辟了新的方向。
圖2 基于TTM-3NCz、TTM-3PCz的OLED的能級結(jié)構(gòu)以及EQE曲線(來源:吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院)
Tetsuro Kusamoto和Hiroshi Nishihara解釋說,有機(jī)自由基只有奇數(shù)個(gè)電子,因此具有高反應(yīng)性和化學(xué)不穩(wěn)定性。但是,通過改變分子結(jié)構(gòu),一些自由基在空氣下會(huì)變得足夠穩(wěn)定。自2006年以來,研究已經(jīng)證明了自由基發(fā)光穩(wěn)定以及將它們用于照明材料和器件的可能性。
他們的評論指出,目前,基于自由基的OLED只在有限的顏色范圍內(nèi)發(fā)光,因?yàn)橹粓?bào)道了少量穩(wěn)定的發(fā)光自由基。而且,發(fā)光自由基的電子特性使得它們難以發(fā)處藍(lán)色(高能量)光。評論表示,未來的研究可以集中在如何調(diào)整有機(jī)自由基來產(chǎn)生多種顏色。由于最近開發(fā)了基于自由基的OLED,因此有進(jìn)一步改進(jìn)的潛力。(編譯:LED網(wǎng) James)
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