CINNO Research产业资讯，自从在实验室中诞生以来，有机发光二极管（OLED）技术在过去的三十年逐渐发展成为一个价值数百亿美元的产业。在工业应用中，红色、绿色和蓝色是显示器设计最常用到的三基色，目前具有100％激子利用效率（EUE，Exciton Utilization Efficiency）的红色和绿色磷光材料已经能够满足OLED显示的需求。但是，长激发态寿命（通常> 1μs）和高激发态能量（> 2.8 eV）蓝色磷光材料的稳定性还很差，难以进入商用。考虑到这个问题，当前OLED显示器使用的蓝色发光材料仍然还是具有较低激子利用效率，激发态寿命（纳秒级）更短的荧光材料。
图1. Ce-2配合物的合成途径和分子结构，图片来源：中国科学出版社
根据外媒Phys.org报道，传统的f-f跃迁类稀土配合物具有100％的激子利用效率，另外其红色和绿色发光的纯度也非常高。正因为这些优点，这一类材料的研究实际上比目前的磷光材料更早。不过，f-f跃迁固有的毫秒级激发态寿命对器件性能的提高有非常大的限制，这也让基于稀土配合物的电致发光技术的发展慢了许多年。
最近，北京大学的一个研究小组通过引入具有纳秒级激发态寿命的d-f跃迁稀土Ce（三价）配合物Ce-2，开发出一种更为高效的天蓝色OLED发光材料。据作者论证，在这种Ce（三价）配合物基的OLED发光结构中，激子利用效率同样达到了100％。更重要的是，与具有类似发光颜色的传统铱（III）配合物相比，基于Ce-2配合物的发光器件，其稳定性得到了极大的改善。
与其他三价稀土离子不同，Ce（三价）离子中的单电子可以产生自旋和宇称允许的4f-5d跃迁，其激发态寿命仅为几十纳秒。不过，由于环境中配体和小分子的猝灭作用，大多数Ce（三价）配合物本身都不发光。但是，Ce-2的配体具有多齿配位能力和相对刚性的结构，可以有效保护中心位置处的Ce（三价）离子。实际上，掺杂后膜体中Ce-2的发光效率达到了95％，另外其测量到的激发态寿命也只有52纳秒。
有意思的是，基于Ce-2配合物发光材料的OLED器件，其最大外部量子效率达20.8％。根据此结果，研究人员推断该器件（结构）的激子利用效率已经接近100％。这里更重要的是，与具有类似发光颜色的基于Ir（三价）配合物的OLED器件相比，基于Ce（三价）配合物的OLED器件显示出更小的滚降（Roll-off），更高的最大亮度以及更长的使用寿命（约70倍）。
瞬态电致发光研究表明，Ce-2配合物在上述OLED器件中的激发态寿命仅为Ir（三价）配合物的1/16，这是提高器件性能的主要原因。由于Ce（三价）配合物具有100％的激子利用效率和纳秒级的发光寿命，这种发光材料有望制造出更为高效且稳定的蓝色OLED。此外，考虑到Ce（三价）配合物还具有可调的发射光谱和较低的成本，这种材料有望成为实现全彩色OLED显示和照明的新一代发光材料。
