塑料发光二极管发光效率成倍提升

关于发光聚合物的一种新理论认为,发光聚合物的效率能翻番。这种产品的开发将增进柔性显示器的推广或是说可能削减平板显示器的成本,平板显示器当前主要依赖昂贵的材料。

这种新理论形成于以下三方科学家合作的一个项目:Mons-Hainaut大学、中国科学院分子学中心及佐治亚技术学院生化学院。

研究人员与试验人员希望识别出与其他发光材料相比更具竞争力的新型聚合物。

“目前聚合物发光二极管已用于单色显示器的研制,但是在开发全彩色显示器方面还有很多工作要做,”佐治亚技术学院的Jean-Luc Bredas表示,“随着众多公司涉足该领域,可以说塑料电子时代正在到来。”

聚合物发光器件源于加州大学的Alan Heeger对聚合物的研究工作,为此他获得了诺贝尔奖。尽管复合物半导体和有机晶体半导体的性能更好一些,但是聚合物能够嵌入到低成本高吞吐量的制造工艺中。在性能方面聚合物处于低端。

无机和有机半导体在理论上功率局限是100%,实际上这从未达到过,但是这个数字至少给予希望,能够无限改进混合物的性能。相反,聚合物仅有25%的理论局限。

Bredas 和同事开始考虑在电极重新合并时电荷载体(空穴和电子)如何被注入聚合物去产生光。聚合物链形成通道引导两种电荷到达共同的汇合点,在汇合点它们自行组成名为电子空穴对的短期对子。

依靠自旋取向,电荷载体能够形成两种不同的电子空穴对,其中一种能在衰减时产生光子,衰减时电子空穴对以原子振动的形式消耗能量。然而,由于产生光的单电子空穴对的形成比例仅为一比四,因此光子的产量很少。

在新一轮对聚合物的研究中, Bredas进行长链聚合物运算以观察电子空穴对形成的动态过程。

“三重电子空穴对要比单体电子空穴对花更长时间到达基态,这就给它们更多的时间去转换成能产生光子的电子空穴对,”Bredas 解释说。三重体能分裂并重组成单体,也能通过系统间过渡过程进行转换。

计算结果显示,长链系统更易于形成单体,这表明可能存在一些聚合物,它们能产生的电子空穴对比只靠统计学预测的要多。理论研究正与实验室工作相结合以确定具有更高转换效率的候选者。

作者:博才