日本富山大学研究团队成功研制出一种采用晶态红荧烯薄膜作为发光层的新型有机发光二极管（OLED），与传统非晶态红荧烯OLED相比，该器件电流密度最高提升1000倍，开启电压降低至1.33伏。相关研究成果27日发表于《合成金属》杂志。
研究人员通过两步退火工艺，将原本无序的非晶态红荧烯转变为晶态薄膜，使OLED器件实现了最高提升1000倍的电流密度、更低的开启电压以及尖锐单峰发射。图片来源：日本富山大学
OLED自1987年研发出首个实用器件以来，已广泛应用于智能手机、电视显示屏和照明领域。传统OLED中的有机发光材料通常以非晶态形式存在，虽然有利于器件制造，但材料内部结构无序，限制了电荷传输效率。
此次，研究团队选择红荧烯作为研究对象。这种有机半导体材料在晶态结构下具有优异的电荷传输能力，但采用OLED产业常用的真空蒸镀工艺制备薄膜时，通常会形成无序的非晶态结构，导致电荷传输效率大幅下降。
为解决这一问题，团队在氧化铟锡基底上沉积多层超薄材料，其中包括厚度约50纳米的红荧烯层，并通过两步热处理工艺，使红荧烯薄膜转变为晶态结构。在第一次加热过程中，红荧烯薄膜内部形成大量微小晶核。再次进行热处理，这些晶核进一步生长，最终形成尺寸更大的晶态区域，实现了有机半导体材料从“无序”非晶态到“有序”晶态结构的转变。
团队利用偏振光显微镜观察发现，红荧烯薄膜中形成了约1毫米大小的晶态区域，并均匀分布于整个基底。X射线衍射分析证实，这些红荧烯晶体呈正交晶体结构。
性能测试也表明，晶态红荧烯OLED相比非晶态器件具有明显优势，其电流密度最高提升1000倍，器件开启电压降低0.30伏至1.33伏。同时，器件发出的光谱也发生改变，由非晶红荧烯常见的宽范围双峰发射，转变为接近565纳米处的尖锐单峰发射，显示出晶态结构带来的独特光电特性。
该成果证明，高电荷传输性能的有机晶体材料能够通过现有真空沉积工艺集成到薄膜OLED器件中，为提升OLED效率提供了新思路。未来，晶态有机材料或将成为下一代OLED技术发展的重要方向。
