11月7日，在第十一屆中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體照明論壇(SSLCHINA2014廣州大會(huì))上，清華大學(xué)段煉博士做了高效和穩(wěn)定的磷光器件演講。

清華大學(xué)段煉博士

他首先提出幾個(gè)疑問：從節(jié)能來講，我們?yōu)槭裁葱枰坠?現(xiàn)在的LED已經(jīng)很高，我們?yōu)槭裁催€需要OLED?從節(jié)能來講，現(xiàn)在的LED效率已經(jīng)很高，我們?yōu)槭裁催€需要OLED？能不能為了節(jié)能而犧牲光源的安全性和舒適性？

       　　他解釋到，從安全性和舒適性來講，人們以前用的白熾燈、蠟燭是很好的，雖然光效比較低。白熾燈、蠟燭的發(fā)光光譜中，藍(lán)光成分比較少；“作為夜間室內(nèi)光源，LED的安全性跟傳統(tǒng)光源，像白熾燈和蠟燭不能比，我們能不能只追求高效不追求安全?！?/p> 　　而OLED可以任意調(diào)節(jié)藍(lán)光組分，從而獲得安全的夜間室內(nèi)光源，并且可以實(shí)現(xiàn)柔性器件和透明器件等等，這些都是OLED的優(yōu)勢(shì)所在。從理論上看，OLED的極限效率跟LED比不會(huì)差太多，目前日本松下的白光OLED效率做到156Lm/W。當(dāng)然，OLED照明要發(fā)展，必須進(jìn)一步提高光效，提高它的壽命，同時(shí)要降低成本。   　　在OLED材料的選擇上，單線態(tài)發(fā)光的熒光材料壽命好，價(jià)格低廉，但是效率低；三線態(tài)發(fā)光的磷光材料效率高，但是價(jià)格昂貴，而且藍(lán)光材料的壽命問題一直沒有解決。目前較好的組合是用熒光的藍(lán)光加上磷光的紅光和綠光。此外，磷光材料的效率的滾降比熒光厲害很多。眾所周知，OLED照明器件的工作亮度要比OLED顯示器件的工作亮度高很多，比如現(xiàn)在常用的手機(jī)屏，工作亮度最高到700 cd/m2，而正常人看著比較舒適的亮度范圍是200到400 cd/m2；對(duì)于照明，器件工作亮度需要至少1000 cd/m2，現(xiàn)在很多廠商通過提高單位面積的亮度來降低成本，如飛利浦已經(jīng)推出亮度高達(dá)9000 cd/m2的產(chǎn)品。發(fā)展OLED照明，需要在高亮度下實(shí)現(xiàn)高效率，因此必須降低磷光器件的效率滾降現(xiàn)象。   　　現(xiàn)有的磷光主體材料，通常采用同時(shí)含給體基團(tuán)和受體基團(tuán)的雙極性材料，從而平衡載流子的注入與傳輸，提高器件的效率和壽命。如果用很強(qiáng)的給體加上很強(qiáng)的受體，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？日本九州大學(xué)的Adachi通過這樣的分子設(shè)計(jì)，得到了一類新的有機(jī)發(fā)光材料，即熱活化延遲熒光（TADF）材料。該類材料的單線態(tài)-三線態(tài)能隙（ΔEST）非常小，三線態(tài)激子可以通過反向系間竄越（RIST）轉(zhuǎn)變成單線態(tài)激子發(fā)光，因此器件的內(nèi)量子效率可以達(dá)到100%。然而，為了減小材料的ΔEST，必須盡量減小材料的最高已占軌道（HOMO）與最低未占軌道（LUMO）的重疊，但HOMO與LUMO的分離將造成輻射躍遷速率降低，從而影響其發(fā)光效率。這對(duì)矛盾給高效率TADF材料的設(shè)計(jì)和光譜的調(diào)控帶了了很大的困難。   　　如何解決這對(duì)矛盾？段煉博士提出，可利用TADF 材料作為主體，敏化傳統(tǒng)的磷光染料?；谠摍C(jī)制，激子在TADF主體材料上復(fù)合，三線態(tài)激子通過RIST有效地轉(zhuǎn)換為單線態(tài)；主體材料單線態(tài)將不再自身發(fā)光，而是通過長(zhǎng)程的F?rster能量傳遞方式傳給磷光染料。由于從主體到染料的能量傳遞由短程的Dexter傳遞變?yōu)殚L(zhǎng)程的F?rster，就可以有效的降低磷光染料的摻雜濃度，從而降低器件成本；同時(shí)，器件的效率和壽命都得到了大幅度的提高。   　　清華大學(xué)在磷光單元中采用TADF主體，結(jié)合藍(lán)色熒光發(fā)光單元，制備了長(zhǎng)壽命的白光器件。在5000 cd/m2的高亮度下工作800小時(shí)，器件的亮度衰減不到2%，充分展示了熱活化敏化磷光發(fā)光機(jī)制的優(yōu)越性。該工作為發(fā)展高效、廉價(jià)的OLED光源奠定了基礎(chǔ)。