我国学者在高迁移率白色有机偏振发光半导体研究中取得进展

图 材料创制与电致发光器件。（a）WOPESSCs中能量和偏振转移示意图；（b）大面积WOPESSCs荧光图片；（c）WOPESSCs荧光发射光谱；（d）WOPESSCs有机偏振发光二极管电致发光图片；（e）性能总结与对比图；（f）宽色域三基色成像

　　在国家自然科学基金项目（批准号：52233010、52403342、52121002、U21A6002）等资助支持下，中国科学院化学研究所董焕丽研究员课题组与天津大学胡文平教授课题组合作在高迁移率白色有机偏振发光半导体材料研究方面取得新进展，相关研究成果以“本征白色有机偏振发光半导体（Intrinsically white organic polarized emissive semiconductors）”为题，于2025年1月15日在线发表于《自然•光子学》（Nature Photonics）杂志上，论文链接：https://doi.org/10.1038/s41566-024-01609-6。

　　偏振与波长和强度一样是光的基本属性之一，偏振光的发射与控制是实现高维信息传输和检测的基础，在显示、照明和光通信等多个领域中具有重要应用前景。与传统利用多重光学结构获得偏振发光的方法相比，发展可实现偏振光直接输出的本征偏振发光材料利于简化制备工艺、提高对比度、降低能量损失且便于实现器件的小型化和集成化，在未来信息显示领域具有重要应用价值。目前，尽管本征有机偏振发光半导体材料研究已经取得一定进展，但仍存在发光颜色单一、发光效率低、载流子性能差等问题，特别是受到Kasha规则和蒸镀掺杂薄膜本征无序特性的限制，高迁移率本征偏振白光有机半导体材料的研究一直面临巨大挑战。

　　针对以上难题，中国科学院化学研究所董焕丽研究员课题组与天津大学胡文平教授课题组合作，提出了一种双分子掺杂实现高迁移率本征白色有机偏振发光半导体单晶（WOPESSCs）的设计策略。研究团队以高迁移率本征蓝色偏振发光有机半导体2,6-二苯基蒽分子为主体分子，以绿色发光并四苯和红色发光并五苯为掺杂客体分子，通过合理控制主体分子与客体分子之间的能量及偏振转移过程，制备得到了光电综合性能优异的WOPESSCs材料，其偏振度高达0.96，荧光量子产率为38.3%，载流子迁移率为4.9 cm²/V•s，发光CIE坐标为（0.3258，0.3396）。通过调节偏振角度，WOPESSCs还展现出从蓝白光到黄白光的可调谐发射特性，以及覆盖国家电视系统委员会标准112%的宽色域三原色光学成像能力。此外，基于WOPESSCs优异的光电集成特性，研究者进一步成功构筑了高性能本征偏振发光微纳有机发光二极管和有机发光晶体管器件，获得了与材料本征偏振度相当的高电致偏振发光性能（偏振度达0.91）。更为重要的是，研究发现栅压电场对于有机偏振发光晶体管器件发光颜色具有明显的调控能力，且调控过程可逆和稳定重现。该工作不仅为综合性能优异的本征白色有机偏振发光半导体研究提供了新思路，同时也为高迁移率本征多色有机半导体及高性能微纳多功能偏振电致发光器件研究提供了重要借鉴。