有机EL新技术:利用同种材料改变发光颜色

时间:2016年03月04日作者:xyzvlf评论次数:0

2016/03/03 00:00

 【日经BP社报道】不用准备分别发红光(R)、蓝光(B)、绿光(G)的3种有机分子,可使用同一种有机材料发出这三种颜色的光。日本九州大学最尖端有机光电子研究中心(OPERA)的副教授中野谷一及该研究中心负责人安达千波矢等人组成的研发小组开发出了这种有机EL技术。

以前,要想使用有机EL元件实现RGB三种颜色的发光,必须使用分别发出R、G、B三种颜色光的有机分子。有机EL将有机分子的激子迁移到基态时释放的能量以光的形式导出。这种激子的能量高达0.5eV左右,随意控制同一分子的激子能量极其困难,因此必须分别使用分别发出各种颜色光的有机分子。

通过控制3层结构的有机EL发光层及中间层的膜厚来控制颜色

此次,九州大学的研发小组开发出了由同一分子构成的3层结构的有机薄膜,并发现可通过中间层的膜厚随意控制激子能量,还可以控制激子寿命。新开发的这种有机薄膜由三层构成,分别是由电子供体(donor)分子构成的有机薄膜“电子供体层”、由电子受体(acceptor)分子构成的有机薄膜“电子受体层”、比这些有机分子的激发能量拥有更高激发能量的分子构成的有机薄膜“间隔层”。间隔层在供体层与受体层之间(图1)。


图1:此次研究中采用的有机半导体材料的结构图和能级图
(出处:九州大学的新闻发布资料) (点击放大)


研发小组采用4,4′,4”-tris(N-3-methylphenyl-N-phenylamino)triphenylamine (m-MTDATA)作为供体分子,采用2,4,6-tris(biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine(T2T)作为受体分子,采用3,3-di(9H-carbazol-9-yl)biphenyl(mCBP)作为间隔分子,利用真空蒸镀法以几十nm级的膜厚层叠这些分子制成薄膜,并分析了激子扩散过程。

图2是将这种三层结构有机薄膜作为发光层的有机EL元件的发光光谱。可以看出,随着间隔层的膜厚增加,发光光谱转变成短波长,也就是激子能量增加。即使在几nm以上的距离内,供体层与受体层之间也有分子间相互作用,可以通过间隔层的膜厚来控制这种激子能量。


图2:制成的有机EL元件的发光光谱对间隔层膜厚的依赖性
(出处:九州大学的新闻发布资料) (点击放大)


另外,图3是各有机EL元件的发光效率特性,可以看出,EL发光效率随着中间层的膜厚增加而升高。作为有机EL的发光层,采用拥有5nm间隔层的3层结构薄膜时,EL发光效率是没有间隔层时的8倍以上。这是通过控制供体层与受体层之间的距离、提高激子的热激活延迟荧光(TADF)特性的结果。


图3:制成的有机EL元件的外部量子效率特性对间隔层膜厚的依赖性
(出处:九州大学的新闻发布资料)


期待创造新学术领域和新概念的器件

此次的研究成果首次证实了有机半导体材料分子的激发状态不仅可以通过基于分子骨架的内在因素,还可以通过分子间距离控制这一外在因素随意控制。如果能通过外在因素随意控制激发状态,便可以创造出基于激子的开关元件(而非传统的基于电荷开关)等摆脱传统有机半导体器件概念的全新学术领域。

另外,此次的研究成果于2016年2月26日(美国东部时间)刊登在了美国学术期刊《Science Advances(美国科学促进会,AAAS)》上。(记者:田中 直树)

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