电致发光二极管(LEDs)具有能耗低、寿命长、绿色环保等优点,在固态照明、全色显示等领域具有广阔的应用前景。与传统的荧光电致LEDs相比,磷光电致LEDs能够同时利用单重态和三重态激子,理论上可以使器件的内量子效率达到100%,突破5%的外量子效率极限。因此,发展高效的磷光材料以及实现其在电致LEDs中的应用是非常有意义的。本文综述了目前主要的磷光材料,包括有机金属配合物、纯有机分子、聚合物、金属有机框架材料和碳量子点等,并总结了稀有金属配合物和纯有机分子在电致磷光LEDs中的研究进展,同时对电致磷光LEDs的发展前景进行展望。
Thedevelopmentofelectroluminescentlight-emittingdiodes(LEDs)hasbeenreceivedwidespreadattentionfortheirpotentialapplicationsinsolid-statelightingtechnology,full-colordisplaysduetotheirsuperiorpropertiessuchasenergy-saving,robust,long-lifetimeandenvironment-friendlyfeatures.ThenotableadvantageofelectrophosphorescentLEDsisthattheycansimultaneouslyutilizebothsingletandtripletexcitonstateswhichcanreachto100%internalquantumefficiencytheoreticallycomparedwiththoseofconventionalfluorescentLEDs.Therefore,itishighlydesiredtodevelopLEDsbasedonphosphorescentmaterials.Inthisreview,wemainlydiscussedthelatestresearchesonphosphorescentmaterials,includingorganometalliccomplexes,organicmolecules,polymers,metal-organicframeworksandcarbonquantumdots,etc.,andfocusedontheapplicationsofelectrophosphorescentmaterialsinLEDs.Wehopethisreviewwillprovidecriticalinsightstoinspiremoreexcitingresearchesonenvironment-friendlyphosphorescentmaterialsfortheapplicationofelectrophosphorescentLEDsinthenearfuture.
电致发光二极管(LEDs)具有能量消耗低、使用寿命长、绿色环保等优点,在固态照明、全色显示等领域具有广阔的应用前景。目前,在电致LEDs中被广泛采用的发光材料为荧光材料,由于其自旋禁阻的本质只能利用电激发产生的25%的单重态激子,75%的三重态激子以非辐射跃迁的方式失活,严重限制了器件的发光效率。为了实现高效的电致发光,发展能够同时利用单重态激子和三重态激子的电致磷光LEDs是非常有前景的。
由于目前广泛使用的含有金属的磷光材料存在价格昂贵、高毒性、不稳定等缺点,因此,近年来具有室温磷光(RTP)现象的非金属有机分子得到广大科研工作者的青睐。然而,由于无效的自旋轨道耦合作用以及长寿命的三重态激子很容易以非辐射跃迁的方式将能量耗散和被杂质淬灭等原因,非金属磷光材料非常罕见并且一般在室温下呈现出极其微弱的磷光。因此,为了获得高效的纯有机室温磷光,一方面需要通过增强系间窜越来稳定三重态,另一方面必须有效抑制三重态的非辐射跃迁。
到目前为止,电致LEDs性能较好的磷光材料主要是含重金属的配合物,但是通常这类材料价格昂贵且有毒性。因此,磷光材料的发展趋向于纯有机材料。关于纯有机分子的磷光材料已有很多报道,但是这些材料一方面由于单三态之间无效的自旋轨道耦合作用导致极低的磷光量子产率(一般低5%);另一方面由于这种磷光现象大多数都只存在于苛刻的晶体状态中,无定形状态下很弱甚至在室温下无法观察到,所以导致纯有机磷光材料在电致磷光LEDs中的应用几乎无法实现。
近年来,基于有机金属配合物的电致磷光器件取得了很大的进展,器件的量子效率和发光亮度都得到了极大的提高。尤其是绿色、红色磷光器件已经实现了商业化。然而,有机金属配合物存在价格昂贵、高毒性、不稳定等严重缺点,发展成本低廉、环境友好、低毒性的高效非金属磷光材料是迫切需要的。
碳量子点由于具有较高的电子迁移率、带隙宽度可调、易于溶液加工等优点,在电致LEDs领域中得到了迅速发展。但是目前报道的基于荧光碳量子点的电致LEDs只能利用电激发产生的25%的单重态激子,严重限制了器件的发光效率。为了利用三重态能量实现高效的电致发光,实现基于碳量子点的磷光电致LEDs是非常有前景的。但是目前关于碳量子点室温磷光性质的探索还处于初级阶段,一方面,具有室温磷光性质的碳量子点必须以固体形式存在来稳定三重态激子或保护三重态,使其不与淬灭剂如三重态氧接触。另一方面,由于碳量子点较弱的系间窜越能力以及稳定性较差的三重态导致极低的量子产率和较长的寿命,从而限制了其在电致LEDs中的应用。因此,对于制备高效的电致LEDs,发展具有高量子产率、较短寿命、可溶液加工的室温磷光碳量子点是非常有必要的。