高效率高显色指数的有机单晶白光发光二极管

由共轭分子构成的有机单晶半导体材料,以其规则的分子空间排布、高的载流子迁移率、低的杂质含量以及高的荧光量子效率等优点受到人们广泛的关注。自上世纪60年代首次利用蒽单晶材料制备电致发光器件之后,有机单晶以其优异的光学及电学特性在光电器件领域展现出巨大的应用潜力,例如场效应晶体管、光泵激光器、太阳能电池等等。但是由于有机单晶自身存在的问题,例如空穴和电子迁移率不匹配,无法精确控制晶体生长厚度,以及易碎、柔弱且溶于有机溶剂等,一直限制了有机单晶材料在有机发光二极管 (OLED)等光电器件方面的应用。

吉林大学冯晶教授和清华大学孙洪波教授合作,长期致力于高性能有机单晶OLED的工作。提出的利用模板剥离法等方案实现了多层结构的有机单晶OLED,解决了有机单晶器件制备难题,显著提高器件的载流子注入和传输。进而利用分子掺杂技术抑制有机单晶材料内分子H-聚集所引起的荧光猝灭问题,成功获得高性能红绿蓝单色有机单晶OLED。然而利用有机单晶实现高性能白光OLED(WOLED)一直是有机单晶OLED的一个挑战。

近期他们提出了利用双分子掺杂手段,通过在蓝光有机单晶主体材料中掺杂绿光和红光染料分子,精确控制掺杂比例,实现均匀发光并覆盖红绿蓝波段的宽光谱的白光有机单晶材料。显色指数是WOLED作为照明应用的重要指标之一,而红绿蓝三色混合方案被认为是实现WOLED高显色指数的必要手段。利用这种双掺杂的白光有机单晶,结合前期在器件制备方法和器件结构优化上的经验,成功制备了具有高效率和高显色指数的有机单晶WOLED器件。随着驱动电流的改变,CRI指数在80~89之间变化,充分满足照明应用的需求。其最大亮度和电流效率分别达到793 cd/m2和0.89 cd/A,这是迄今报道的最优的有机单晶WOLED发光性能。相关论文近期发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201807606)上,论文第一作者是吉林大学的丁然博士和董奉喜硕士研究生。这一研究成果为推动有机单晶材料在光电器件领域的应用提供了新的思路。

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