研究背景
偏振發光介質是顯示、照明和光通信等領域的重要材料，因其能夠有效控制光的偏振狀態，因此成為了研究熱點。然而，實現固有的白光偏振發光一直面臨著較大挑戰，主要原因是缺乏合適的材料和有效的制備方法。尤其是在微型化器件中，由于傳統的偏振光生成方法需要使用額外的偏振器或復雜的微納結構，這使得制造過程復雜且尺寸較大，限制了其在微型化設備中的應用。為了解決這一問題，有研究者提出了開發固有偏振發光材料的思路，尤其是有機半導體單晶材料，它們具有固有的結構各向異性和優異的光電性能，可以在不依賴額外偏振器的情況下直接實現偏振發光。鑒于此，天津大學胡文平教授團隊以及中國科學院化學研究所董煥麗合作在“Nature Photonics”期刊上發表了題為“Intrinsically white organic polarized emissive semiconductors”的最新論文。科學家們提出了一種雙分子摻雜方法，通過選擇2,6-二苯基蒽（DPA）作為宿主單晶，并與綠色發光的四氯化蒽（Tc）和紅色發光的五氯化蒽（Pen）進行摻雜，成功實現了固有白光偏振發光。通過這一方法，研究人員克服了材料之間結構和尺寸不匹配的問題，形成了高質量的單晶，并建立了高效的能量和偏振轉移通道。 實驗結果表明，所制備的有機偏振發光半導體單晶白光（WOPESSCs）展現出了38.3%的光致發光量子產率、4.9 cm2/V·s的遷移率，且偏振度高達0.96，具有良好的可調發光特性。該研究成果為偏振發光半導體的設計和微型化發光器件的制造提供了新的思路，具有廣泛的應用前景。
研究亮點
（1）實驗首次實現了固有白光有機偏振發光半導體單晶（WOPESSCs），并采用了雙分子摻雜方法，以2,6-二苯基蒽（DPA）為宿主單晶，結合綠色發光的四氯化蒽（Tc）和紅色發光的五氯化蒽（Pen）作為客體，成功克服了實現偏振白光發射的技術瓶頸。（2）實驗通過精心設計的分子摻雜體系，利用DPA單晶的優異光電性能，建立了高效的能量和偏振轉移路徑，獲得了偏振度高達0.96的白光發射。所制備的WOPESSCs光致發光量子產率（PLQY）為38.3%，遷移率為4.9 cm2/V·s，CIE坐標為（0.3258，0.3396）。此外，通過調節偏振角度，實驗實現了從藍白光到黃白光的可調發光特性，展示了色域覆蓋112%的NTSC標準的廣色域光學成像。 （3）實驗進一步通過無掩膜制備技術，成功制造了高偏振度的微尺度有機偏振發光二極管（OPLEDs）和發光晶體管（LETs）。這些器件不僅展示了高質量的白光發射，還通過門電壓調節，實現了從（0.5691，0.3554）到（0.2968，0.2233）的廣泛色彩調節。
圖文解讀
圖1: 有機偏振白光發光半導體單晶white organic polarized emissive semiconductor single crystals ，WOPESSCs的分子摻雜設計概念。圖3: WOPESSCs偏振熒光性質和分子堆積示意圖。圖5: WOPESSCs–OPLED的極化電致發光特性。圖6: WOPESSCs–OPLETs的光電特性。
總結展望
本文開發的WOPESSCs的關鍵在于合理選擇具有內在高偏振性的優異光電藍光發射體DPA作為宿主分子。宿主與客體分子在分子大小、結構及能級匹配方面的高度相似性，使得能夠生長出高質量的單晶，并實現高效的能量和偏振轉移。所得到的WOPESSCs展現出優異的光電性能，偏振度（DOP）范圍為0.69至0.96，光致發光量子產率（PLQY）為38.3%，遷移率為4.9 cm2/V·s，CIE坐標為（0.3258，0.3396）。WOPESSCs在光學成像中展現出優異的三原色發光特性，色域達到NTSC標準的112%，并且具有可調節的發光特性，從藍白光到黃白光。此外，成功構建了基于微尺度WOPESSCs的發光二極管和晶體管，表現出高度偏振的白光電致發光，并具備在施加門電壓下實現寬范圍顏色調節的獨特能力。我們的研究結果無疑證明了有機半導體單晶路徑在創建高偏振白光發射介質方面的可行性。WOPESSCs的優越性使其在未來制造小型化高性能OLED、OLET及其他相關集成電路方面具有廣闊的前景，應用于照明、顯示、成像和光通信等領域，提供白光及全色發光解決方案。 Qin, Z., Zhang, Y., Wang, T. et al. Intrinsically white organic polarized emissive semiconductors. Nat. Photon. (2025).https://doi.org/10.1038/s41566-024-01609-6
