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CINNO Research 產(chǎn)業(yè)資訊，自從在實(shí)驗(yàn)室中誕生以來，有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）技術(shù)在過去的三十年逐漸發(fā)展成為一個(gè)價(jià)值數(shù)百億美元的產(chǎn)業(yè)。在工業(yè)應(yīng)用中，紅色、綠色和藍(lán)色是顯示器設(shè)計(jì)最常用到的三基色，目前具有 100％激子利用效率（EUE，Exciton Utilization Efficiency）的紅色和綠色磷光材料已經(jīng)能夠滿足 OLED 顯示的需求。
但是，長激發(fā)態(tài)壽命（通常> 1μs）和高激發(fā)態(tài)能量（> 2.8 eV）藍(lán)色磷光材料的穩(wěn)定性還很差，難以進(jìn)入商用?？紤]到這個(gè)問題，當(dāng)前 OLED 顯示器使用的藍(lán)色發(fā)光材料仍然還是具有較低激子利用效率，激發(fā)態(tài)壽命（納秒級(jí)）更短的熒光材料。?
圖 1. Ce-2 配合物的合成途徑和分子結(jié)構(gòu)，圖片來源：中國科學(xué)出版社
根據(jù)外媒 Phys.org 報(bào)道，傳統(tǒng)的 f-f 躍遷類稀土配合物具有 100％的激子利用效率，另外其紅色和綠色發(fā)光的純度也非常高。正因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，這一類材料的研究實(shí)際上比目前的磷光材料更早。不過，f-f 躍遷固有的毫秒級(jí)激發(fā)態(tài)壽命對(duì)器件性能的提高有非常大的限制，這也讓基于稀土配合物的電致發(fā)光技術(shù)的發(fā)展慢了許多年。?
最近，北京大學(xué)的一個(gè)研究小組通過引入具有納秒級(jí)激發(fā)態(tài)壽命的 d-f 躍遷稀土 Ce（三價(jià)）配合物 Ce-2，開發(fā)出一種更為高效的天藍(lán)色 OLED 發(fā)光材料。據(jù)作者論證，在這種 Ce（三價(jià)）配合物基的 OLED 發(fā)光結(jié)構(gòu)中，激子利用效率同樣達(dá)到了 100％。更重要的是，與具有類似發(fā)光顏色的傳統(tǒng)銥（III）配合物相比，基于 Ce-2 配合物的發(fā)光器件，其穩(wěn)定性得到了極大的改善。
?與其他三價(jià)稀土離子不同，Ce（三價(jià)）離子中的單電子可以產(chǎn)生自旋和宇稱允許的 4f-5d 躍遷，其激發(fā)態(tài)壽命僅為幾十納秒。不過，由于環(huán)境中配體和小分子的猝滅作用，大多數(shù) Ce（三價(jià)）配合物本身都不發(fā)光。但是，Ce-2 的配體具有多齒配位能力和相對(duì)剛性的結(jié)構(gòu)，可以有效保護(hù)中心位置處的 Ce（三價(jià)）離子。實(shí)際上，摻雜后膜體中 Ce-2 的發(fā)光效率達(dá)到了 95％，另外其測(cè)量到的激發(fā)態(tài)壽命也只有 52 納秒。?
有意思的是，基于 Ce-2 配合物發(fā)光材料的 OLED 器件，其最大外部量子效率達(dá) 20.8％。根據(jù)此結(jié)果，研究人員推斷該器件（結(jié)構(gòu)）的激子利用效率已經(jīng)接近 100％。這里更重要的是，與具有類似發(fā)光顏色的基于 Ir（三價(jià)）配合物的 OLED 器件相比，基于 Ce（三價(jià)）配合物的 OLED 器件顯示出更小的滾降（Roll-off），更高的最大亮度以及更長的使用壽命（約 70 倍）。?
瞬態(tài)電致發(fā)光研究表明，Ce-2 配合物在上述 OLED 器件中的激發(fā)態(tài)壽命僅為 Ir（三價(jià)）配合物的 1/16，這是提高器件性能的主要原因。由于 Ce（三價(jià)）配合物具有 100％的激子利用效率和納秒級(jí)的發(fā)光壽命，這種發(fā)光材料有望制造出更為高效且穩(wěn)定的藍(lán)色 OLED。
此外，考慮到 Ce（三價(jià)）配合物還具有可調(diào)的發(fā)射光譜和較低的成本，這種材料有望成為實(shí)現(xiàn)全彩色 OLED 顯示和照明的新一代發(fā)光材料。
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