研究背景
偏振发光介质是显示、照明和光通信等领域的重要材料，因其能够有效控制光的偏振状态，因此成为了研究热点。然而，实现固有的白光偏振发光一直面临着较大挑战，主要原因是缺乏合适的材料和有效的制备方法。尤其是在微型化器件中，由于传统的偏振光生成方法需要使用额外的偏振器或复杂的微纳结构，这使得制造过程复杂且尺寸较大，限制了其在微型化设备中的应用。为了解决这一问题，有研究者提出了开发固有偏振发光材料的思路，尤其是有机半导体单晶材料，它们具有固有的结构各向异性和优异的光电性能，可以在不依赖额外偏振器的情况下直接实现偏振发光。鉴于此，天津大学胡文平教授团队以及中国科学院化学研究所董焕丽合作在“Nature Photonics”期刊上发表了题为“Intrinsically white organic polarized emissive semiconductors”的最新论文。科学家们提出了一种双分子掺杂方法，通过选择2,6-二苯基蒽（DPA）作为宿主单晶，并与绿色发光的四氯化蒽（Tc）和红色发光的五氯化蒽（Pen）进行掺杂，成功实现了固有白光偏振发光。通过这一方法，研究人员克服了材料之间结构和尺寸不匹配的问题，形成了高质量的单晶，并建立了高效的能量和偏振转移通道。 实验结果表明，所制备的有机偏振发光半导体单晶白光（WOPESSCs）展现出了38.3%的光致发光量子产率、4.9 cm²/V·s的迁移率，且偏振度高达0.96，具有良好的可调发光特性。该研究成果为偏振发光半导体的设计和微型化发光器件的制造提供了新的思路，具有广泛的应用前景。
研究亮点
（1）实验首次实现了固有白光有机偏振发光半导体单晶（WOPESSCs），并采用了双分子掺杂方法，以2,6-二苯基蒽（DPA）为宿主单晶，结合绿色发光的四氯化蒽（Tc）和红色发光的五氯化蒽（Pen）作为客体，成功克服了实现偏振白光发射的技术瓶颈。（2）实验通过精心设计的分子掺杂体系，利用DPA单晶的优异光电性能，建立了高效的能量和偏振转移路径，获得了偏振度高达0.96的白光发射。所制备的WOPESSCs光致发光量子产率（PLQY）为38.3%，迁移率为4.9 cm²/V·s，CIE坐标为（0.3258，0.3396）。此外，通过调节偏振角度，实验实现了从蓝白光到黄白光的可调发光特性，展示了色域覆盖112%的NTSC标准的广色域光学成像。 （3）实验进一步通过无掩膜制备技术，成功制造了高偏振度的微尺度有机偏振发光二极管（OPLEDs）和发光晶体管（LETs）。这些器件不仅展示了高质量的白光发射，还通过门电压调节，实现了从（0.5691，0.3554）到（0.2968，0.2233）的广泛色彩调节。
图文解读
图1: 有机偏振白光发光半导体单晶white organic polarized emissive semiconductor single crystals ，WOPESSCs的分子掺杂设计概念。图3: WOPESSCs偏振荧光性质和分子堆积示意图。图5: WOPESSCs–OPLED的极化电致发光特性。图6: WOPESSCs–OPLETs的光电特性。
总结展望
本文开发的WOPESSCs的关键在于合理选择具有内在高偏振性的优异光电蓝光发射体DPA作为宿主分子。宿主与客体分子在分子大小、结构及能级匹配方面的高度相似性，使得能够生长出高质量的单晶，并实现高效的能量和偏振转移。所得到的WOPESSCs展现出优异的光电性能，偏振度（DOP）范围为0.69至0.96，光致发光量子产率（PLQY）为38.3%，迁移率为4.9 cm²/V·s，CIE坐标为（0.3258，0.3396）。WOPESSCs在光学成像中展现出优异的三原色发光特性，色域达到NTSC标准的112%，并且具有可调节的发光特性，从蓝白光到黄白光。此外，成功构建了基于微尺度WOPESSCs的发光二极管和晶体管，表现出高度偏振的白光电致发光，并具备在施加门电压下实现宽范围颜色调节的独特能力。我们的研究结果无疑证明了有机半导体单晶路径在创建高偏振白光发射介质方面的可行性。WOPESSCs的优越性使其在未来制造小型化高性能OLED、OLET及其他相关集成电路方面具有广阔的前景，应用于照明、显示、成像和光通信等领域，提供白光及全色发光解决方案。 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
