中國華南理工大學(South China University of Technology)的研究人員設計出一種直接採用p-n接面的高效率有機發光二極體(OLED),取代在p型傳輸層與n型電子傳輸層之間夾入有機發光層(EL)的傳統途徑。

研究人員們在國際光電工程學會(SPIE)的期刊中發表其研究:「實現高性能和低成本的螢光有機LED」(Realizing high-performance and low-cost fluorescent organic LEDs),文中描述一種可直接作為發光中心的純有機p-n接面。

研究人員解釋,這種平面元件是由垂直夾層於銦鍚氧化物陽極與氟化鋰/鋁陰極之間的p-型和n-型有機半導體組成,不僅比基於氧化層的元件更易製造,同時也較傳統OLED (其介面通常具有發射與傳輸層誘導通過能量阻障)具有更低的驅動電壓。

研究人員表示,「該元件的發光行為是從p型和n型材料釋放協同能量的結果,這與傳統從單分子發射器產生光的OLED不同。」

20170215 pnOLED NT01P1 p-n接面結構的OLED (pn-OLED)元件配置圖

研究人員使用1,1-bis[4-[N,N-di(p-tolyl)-amino]phen yl] 環己烷 (TAPC)作為P型半導體,以及2,4,6-tris(3-(pyridin-3-yl)phenyl)-1,3,5-triazine (TmPyTZ)作為內部開發的n型半導體,為其提供了強勁的電子吸收性能以及良好的電子傳輸能力。

由此取得的pn-OLED表現出高達12%的峰值外部量子效率(η ext),為元件帶來20%的光輸出耦合效率,並被轉換成60%的內部量子效率(η int),超過傳統螢光發光器的理論最大效率——25%。

研究人員只要改變p-n接面所使用的材料組合,就能調變其pn-OLED的發光顏色,為採用4,4',4”-tri(N-carbazolyl)triphenylamine (TCTA)作為p型傳輸層的堆疊,展示綠光pn-OLED具有高達10%以上的外部量子效率。pn-OLED需要低作業電壓,使其適用於低功耗的可攜式裝置。

20170215 pnOLED NT01P2 p型與n型有機半導體材料的分子結構

研究人員期望將有機主動p-n接面的概念擴展到其他可能的用途,包括光電探測器、電泵浦有機半導體雷射,以及有機發光二極體。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Emission-layer-free OLED promises better efficiency,by Julien Happich)