直下式面板灯!新型高性能LED

来源：行业资讯热门：直下式面板灯发布时间：2023-10-12

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　　白光LED灯珠(发光二极管)是照明和显示应用中的重要组成部分，但是这两个应用领域消耗了大量的电力能源，所以实现高效的白光LED对于节能减排具有重要意义。经过最近几年科技的发展，金属卤化钙钛矿LED展现出了巨大的潜力，很有可能成为新一代的发光技术。

　　其中，红光和绿光钙钛矿LED的外量子效率从不足1%迅速提高到超过20%，而蓝光钙钛矿LED的效率也超过了12%，但钙钛矿白光器件的发展仍十分缓慢。基于光学模拟分析，在传统的钙钛矿LED器件中，超过80%的光子被限制于器件中无法出射，使得钙钛矿LED的光取出效率一般小于20%，成为制约其进一步发展的另外一个关键问题。

　　针对上述科学问题，该团队提出了一种简单有效的方法，来同时解决钙钛矿LED中的光取出效率受限以及白光器件性能低下的问题，即通过合理设计多层半透明电极(LiF/Al/Ag/LiF)，来将蓝光钙钛矿层与红光钙钛矿纳米晶层进行近场耦合，实现光取出效率的大幅提高，从而构建出高性能的白光钙钛矿LED器件。

　　由于钙钛矿发光层的折射率与有机界面层的折射率差异较大，在特定角度下会引起全反射，从而在钙钛矿LED器件中诱导产生了光波导模式，使得发光层发出的部分光子在器件内部反复振荡而不能逃逸出器件外部。而在全反射过程中所产生的倏逝波会继续诱导表面等离子极化激元(SPP)模式的产生。

　　另外，衬底模式以及寄生吸收的存在，都将降低光子传播至器件外部(空气端)的概率。幸运的是，由全反射和SPP所产生的倏逝场的能量可以在近场范围内穿透到下一层介质，这提供了一个机会来利用它们，从而来抑制钙钛矿LED中光波导模式和SPP模式，即可通过光子隧道效应，倏逝波吸收和SPP吸收三种近场耦合效应来实现。

　　为此，该团队设计出“ITO/NiOx/PVK/蓝光钙钛矿/TPBi/LiF/Al/Ag/LiF/红光钙钛矿纳米晶”多层器件结构，其中红光层的存在可成功通过上述三种近场耦合效应来提取受限于光波导模式和SPP模式的蓝光光子，最终实现超过50%的光提取效率提升，并同时利用颜色互补的蓝光和红光，实现白光发射。

　　基于此策略，该团队成功制备出分别具有高达12%和5%外量子效率的高性能双色和三色白光钙钛矿LED，是目前该领域的最新记录，具有里程碑意义。此外，除了在钙钛矿LED上的应用，这一策略还可以推广到其他类型的白光LED，以提高它们的光取出能力，促进整个白光LED领域的进一步发展。

　　在传统荧光材料中只有25%的单线态激子可以直接辐射发光，而75%的三线态激子无法得到利用而损耗掉了。为了解决这个问题，提高荧光OLEDs的效率，一些研究工作者提出减小三线态(T1)和单线态(S1)之间的能隙，使T1与S1激子可以进行相互转化，从而提高激子利用率和器件发光效率，如开发的热激活延迟荧光、杂化局域电荷转移态以及三线态-三线态淬灭(TTA)材料。

　　这些荧光材料仍然存在激发态分子聚集猝灭(ACQ)现象，导致其荧光量子产率(PLQYs)较低。由于有机发光材料的PLQYs大小直接决定了器件的效率，因此使用高PLQYs的有机发光材料是实现高性能OLEDs的基础。聚集诱导发光(AIE)材料呈现出的越聚集越发光的特性使其在固态时拥有近100%的PLQYs，十分适合制备OLEDs。但是，目前基于AIE材料的OLEDs，其电致发光效率普遍较低，弄清其内部发光机制并进一步提升器件效率十分重要。

　　通过测试两个分子结构类似的AIE材料制备的OLEDs发光性能、薄膜的温度相关的时间分辨光谱、分子激发态能级以及OLEDs温度相关的磁场效应等特性，发现器件效率与AIE分子中高能级Tn和S1之间自旋转换过程有关，并且由于高能级三线态与三线态之间的内转换过程和Tn-S1隙间穿越过程存在竞争关系，只有当n小于4时，高能态Tn激子才可以被有效利用，从而实现高效率。

　　该研究团队通过掺杂TTA上转换材料进一步利用AIE材料的Tn激子，从而制备出了高效率深蓝光荧光OLEDs，其色度坐标CIE为(0.15，0.08)，最大外量子效率(EQE)为10.2%，最大发光亮度16817 cd/m2，为进一步设计制备高效率蓝光荧光OLEDs奠定了基础，该器件也表现了低的效率滚降。