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实现超低1.47伏蓝光OLED导通

蓝光对于各种应用都是必不可少的,包括发光设备、普通照明、智能手机屏幕和大型显示器。然而,制造高效的蓝色oled一直是一个重大挑战,因为它们需要高电压才能正常工作。传统的蓝色oled通常需要4伏左右的电压才能达到100 cd/m2的亮度水平,这超过了大多数智能手机中锂离子电池使用的3.7伏的理想电压。这创造了对创新的蓝色oled的直接需求,这种oled可以在更电池友好的电压下工作。



此图详细介绍了新开发的OLED器件,该器件使用TbPe作为荧光掺杂剂来实现超低导通电压。(a)该装置的示意图显示了如何在该结构中使用tpe作为荧光掺杂剂。(b)电致发光(EL)发射光谱说明了该装置在恒流下的表现,化学插图显示了TbPe的结构。(c)两条曲线表示掺杂tbpe器件的电流-电压(J-V)和亮度-电压(L-V)关系。用不同仪器测量的结果已经过一致性校正。(d)照片展示了该设备在1.5V电池上运行的情况。(e)给出了各种类型蓝光led(包括这种新型UC-OLED)的导通电压与发射波长的对比图。(f)显示器件的外部量子效率(External Quantum Efficiency, EQE),表示器件将电能转换为光的效率。(g)该图显示了在初始亮度为1000 cd/m2时,与标准磷光器件相比,新的tpe掺杂器件的使用寿命。(来源:自然)


在东京工业大学副教授Seiichiro Izawa的带领下,来自日本多个机构的研究人员最近开发出了一种新型OLED,它能发出蓝光,但电压要低得多,只有1.47伏。这是一个相当大的成就,它使这些oled更适合商业应用,如智能手机屏幕和大型显示器。


研究人员通过仔细选择OLED中使用的材料来实现这种低导通电压。该装置以NDI-HF为受体,1,2- adn为供体,TbPe为荧光掺杂剂。这种OLED的独特之处在于它的操作机制,称为上转换(UC)。在这个系统中,空穴(带正电荷的空间)和电子分别被注入到OLED的供体层和受体层。当它们相遇时,它们在供体层和受体层之间的界面形成所谓的电荷转移(CT)状态。Izawa博士强调,供体/受体界面的相互作用对于形成CT状态至关重要。在这个界面上更强的相互作用使得CT状态更加稳定和有效,从而导致OLED的性能更好。


从这个CT状态的能量然后转移到发射器(产生光的材料)的低能量第一三重态激发态。通过一个被称为三重态-三重态湮灭(TTA)的过程,这种低能态转变为高能量的第一单重态激发态,最终导致蓝光的发射。这种OLED的特别之处在于,CT态的能量低于发射极的带隙能量。这很重要,因为它降低了激发发射极和产生蓝光所需的电压。



参考文献:

Izawa, S., Morimoto, M., Fujimoto, K. et al. Blue organic light-emitting diode with a turn-on voltage of 1.47 V. Nat Commun 14, 5494 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-41208-7