有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode,OLED)从诞生至今,在材料设计和器件制备工艺方面都取得了相当大的进展,但要实现高效稳定的蓝色荧光OLED仍然具有挑战性。相比传统的无机发光二级管,OLED器件具有轻薄、可弯曲或者折叠以及能耗小等各方面的优点。可以预见,OLED技术将是高端显示和照明领域的重要组成部分。早在1953年,德国Bernanose就发现了有机材料的电致发光现象。后续包括纽约大学的Pope教授在1963年也发现了有机单晶蒽的电致发光现象。但是这些研究仅处于对有机材料中的电子态和电子过程的兴趣,基本上属于基础研究,未考虑其实际应用。直到1987年美国柯达公司邓青云等人采用三明治的器件结构制备出了有机材料的薄膜OLED器件,在10V直流电压驱动下亮度可达到1000cd m-2,让OLED实现了商业化应用。
OLED器件机理可以被概括描述为分别从阴极和阳极注入电子和空穴,载流子在电压驱动下经过传输层迁移最终在发光层复合发光。因此,发光层材料在OLED中扮演着至关重要的作用。不同于光致激发下通过系间窜越产生三线态,电激发下的单线态和三线态激子是注入电子和空穴复合形成的。根据量子力学自旋统计,电子空穴复合形成单线态和三线态激子之比为1:3。
OLED器件原理图
对于第一代荧光材料,75%的三线态激子通过非辐射跃回到基态被浪费掉,器件EQE的理论上限只有5%,目前最有效的三线态激子利用途径还是将其转化为可以发光的单线态激子。其中最具代表性的三线态转变为单线态的机理主要有三种,分别是三线态-三线态湮灭机理,热活化延迟荧光机理,以及热激子机理。近年来,由马於光团队等所提出的热激子机制,通过高能三线态向单线态的反系间窜越来利用三线态激子,实现接近100%的电生激子利用率,受到了广泛的关注。事实上,反系间窜越过程不但可以发生在T1和S1之间,也可以发生在更高的三线态(Tn,n≥2)和单线态(Sm,m≥1)之间。
热激子材料的第一个设计原则是采用一维的稠环结构。根据理论计算和实验测试,我们发现,一维的稠环通常具有大的T2态和T1态能级差,以及小的S1态和T2 态能级差。但是从最新的研究来看,不仅在蒽上发现了T1和T2之间较大能极差,在䓛这个结构上,我们也发现了更有利于热机子理论的100%激子利用率的反系间窜越通道,是更有潜力的构筑基团,但是目前研究较少,以䓛为核的蓝光热机子材料的报道也较少。一般倾向于通过合理的激发态性质调控,能够有效利用高能的三线态激子,激活热激子通道,突破传统有机荧光材料25%的激子利用率限制,制备高效率、低效率滚降、高色纯度的蓝光有机电致发光器件。或者通过蓝光构筑单元有效提高发光层载流子迁移率以及电子、空穴传输平衡,有利于提高蓝光有机电致发光器件的效率及稳定性。
OLED电致发光机理
为了更好的支持OLED产业的发展,国家制定了一系列推进OLED技术研发及配套产业发展的支持政策:如2015年出台的《2025重点领域技术路线》中提出“将柔性显示等新型显示材料作为发展重点”;2016年《“十三五”国家重点研发计划》提出要自主发展有机半导体显示新材料;2019年发改委印发的《推动重点消费品更新升级畅通资源循环利用实施方案(2019-2020年)》中“重点突破柔性OLED显示技术”,“柔性面板量产”被着重提出等用以支持OLED产业发展。
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