日本富山大學研究團隊成功研制出一種采用晶態紅熒烯薄膜作為發光層的新型有機發光二極管（OLED），與傳統非晶態紅熒烯OLED相比，該器件電流密度最高提升1000倍，開啟電壓降低至1.33伏。相關研究成果7 月27日發表于《合成金屬》雜志。
OLED自1987年研發出首個實用器件以來，已廣泛應用于智能手機、電視顯示屏和照明領域。傳統OLED中的有機發光材料通常以非晶態形式存在，雖然有利于器件制造，但材料內部結構無序，限制了電荷傳輸效率。
此次，研究團隊選擇紅熒烯作為研究對象。這種有機半導體材料在晶態結構下具有優異的電荷傳輸能力，但采用OLED產業常用的真空蒸鍍工藝制備薄膜時，通常會形成無序的非晶態結構，導致電荷傳輸效率大幅下降。
為解決這一問題，團隊在氧化銦錫基底上沉積多層超薄材料，其中包括厚度約50納米的紅熒烯層，并通過兩步熱處理工藝，使紅熒烯薄膜轉變為晶態結構。在第一次加熱過程中，紅熒烯薄膜內部形成大量微小晶核。再次進行熱處理，這些晶核進一步生長，最終形成尺寸更大的晶態區域，實現了有機半導體材料從“無序”非晶態到“有序”晶態結構的轉變。
團隊利用偏振光顯微鏡觀察發現，紅熒烯薄膜中形成了約1毫米大小的晶態區域，并均勻分布于整個基底。X射線衍射分析證實，這些紅熒烯晶體呈正交晶體結構。
性能測試也表明，晶態紅熒烯OLED相比非晶態器件具有明顯優勢，其電流密度最高提升1000倍，器件開啟電壓降低0.30伏至1.33伏。同時，器件發出的光譜也發生改變，由非晶紅熒烯常見的寬范圍雙峰發射，轉變為接近565納米處的尖銳單峰發射，顯示出晶態結構帶來的獨特光電特性。
該成果證明，高電荷傳輸性能的有機晶體材料能夠通過現有真空沉積工藝集成到薄膜OLED器件中，為提升OLED效率提供了新思路。未來，晶態有機材料或將成為下一代OLED技術發展的重要方向。
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