本书为“聚集诱导发光丛书”之一。本书邀请了数十位相关研究方向的学者，全面而系统地介绍了聚集诱导发光（AIE）材料在光电器件开发中的应用。本书是一系列原创性成果的系统归纳和整理，对聚集诱导发光材料在光电器件中的应用发展有着重要的推动意义和学术参考价值。内容主要包括有机发光二极管（OLED）、经典AIE材料及其OLED器件、聚集诱导延迟荧光材料及其OLED器件、基于空间电荷转移的热活化延迟荧光材料及其OLED器件、基于AIE材料的荧光/磷光混合型白光OLED（WOLED）、圆偏振AIE分子、太阳能集光器和电致荧光变色器件。 本书可供高等院校及科研单位从事光电材料与器件的研究及开发的相关科研与技术人员使用，也可以作为高等院校材料科学与工程、光电材料与器件、化学及相关专业研究生的专业参考书。

第1章有机发光二极管
　　随着信息时代的进一步发展，特别是5G时代的到来，人们对于显示技术的要求也逐渐提高，希望获得更鲜艳的颜色、更快的响应速度、更灵活多变的显示设备。与传统的液晶显示屏（liquid crystal display，LCD）相比，有机发光二极管（organic light-emitting diode，OLED）具有明亮的显示颜色，快的响应速度，接近180°的视野范围，小的能耗以及轻、薄、柔的特点，是新一代的显示技术[1]。
　　有机电致发光现象的研究始于20世纪60年代。1963年，Pope等[2]在蒽单晶上加载电压后，首次发现有机材料的电致发光现象。1987年，Kodak公司的邓青云（C.W.Tang）和范斯莱克（S.A.VanSlyke）[3]以小分子材料二元胺（diamine）和三（8-羟基喹啉）铝（Alq3）作为有机发光层（emitting layer，EML），以铟锡氧化物（ITO）作为阳极空穴注入层（hole inject layer，HIL），镁银合金作为阴极电子注入层（electron inject layer，EIL），制备了第一个OLED器件，引发了世界各国研究者对OLED研究的热潮。
　　1990年，J.H.Burroughes等[4]发现了共轭聚合物高分子材料聚对苯乙炔［poly（p-phenylene vinylene），PPV］的电致发光现象，开启了将高分子聚合物应用于OLED的研究；1998年，S.R.Forrest等[5]通过将磷光材料PtOEP掺杂进荧光OLED中，打破了荧光材料三线态非辐射跃迁的限制，开发出磷光OLED，至此，OLED的理论内量子效率（internal quantum efficiency，IQE）可以达到100%，被认为是第二代OLED材料。2009年，C.Adachi等[6]在Sn4+-porphyrin（卟啉）配合物首次观察到了电致激发下的热活化延迟荧光（thermally activated delayed fluorescence，TADF）现象，其通过热能使得三线态激子进行反向系间穿越（reverse intersystem crossing，RISC，又称反系间窜越）回到单线态，用于荧光发射。在不掺杂重金属原子的情况下，实现理论IQE达到100%，极大地降低了器件成本，被认为是第三代OLED材料。2017年，唐本忠院士和赵祖金教授[7]开发了一类具有聚集诱导延迟荧光（aggregation-induced delayed fluorescence，AIDF）特性的有机荧光材料，其在聚集状态下显示出显著的延迟荧光现象，可用于OLED器件，为探索新型OLED材料提供了一种新的策略。
　　1.1 OLED器件结构
　　OLED器件根据结构可分为单层结构、双层结构、三层结构和多层结构[8]。
　　1.1.1 单层结构
　　单层器件是由阳极和阴极以及发光层（EML）组成，当两极加载电压后，空穴和电子通过两极传输至EML复合发光（图1-1）。
　　1.1.2 双层结构
　　双层器件是在EML一侧添加空穴传输层（hole transport layer，HTL）［图1-2（a）］或电子传输层（electron transport layer，ETL）［图1-2（b）］，其中EML也可以同时起到ETL或HTL的作用（图1-2）。
　　1.1.3 三层结构
　　三层器件结构是在HIL、EIL与EML之间添加HTL和ETL，且EML不负责HTL或者ETL的功能（图1-3）。HTL和ETL的作用是调节空穴和电子的注入速度和注入量，以提高OLED器件的发光效率。
　　1.1.4 多层结构
　　多层器件结构分为两类，一类是通过在阳极与HTL之间添加阳极缓冲层，或是在阴极与ETL之间添加阴极缓冲层，以调节空穴和电子的注入量和传输效率［图1-4（a）］；另一类是在EML中添加掺杂荧光层或掺杂磷光层，同时在ETL和EML之间添加一层空穴阻挡层（hole block layer，HBL）［图1-4（b）］。由于空穴的迁移率普遍高于电子，为了防止空穴越过EML进入ETL造成光子猝灭，HBL可以滞留部分空穴于EML中，以提高发光效率。
　　经过几十年的发展，OLED器件在亮度、色纯度、发光效率、能耗、成本以及器件柔韧性方面都有了极大的提升。2019年，LG公司发布了首款可卷式OLED电视［图1-5（a）］；Sony公司推出了4K分辨率的OLED电视；华为发布了Mate X双折叠屏手机［图1-5（b）］，其采用国产京东方科技集团股份有限公司提供的柔性OLED面板。随着各大厂商对于OLED产业的研发投入，未来将在平板显示、移动设备、智能家居乃至可穿戴设备上看到OLED的身影。
　　1.2 OLED材料的分类
　　1.2.1 根据材料种类分类
　　EML是OLED的核心结构，根据EML的材料种类可以将其分为有机小分子材料和有机高分子材料[9， 10]。
　　1.有机小分子材料
　　有机小分子发光材料包含小分子化合物和有机金属配合物两类。有机小分子材料种类丰富多样，其结构中常包含共轭杂环和各类发色团，如三芳胺基和蒽等。小分子化合物有很多优点，如良好的成膜性能、较高的载流子迁移率以及良好的热稳定性，可通过分子裁剪对分子的发射波段和发光性能进行调控。有机金属配合物同时具备高量子产率和高稳定性，但其制备成本高于纯有机小分子化合物。
　　2.有机高分子材料
　　聚合物OLED也被称为PLED（polymer light-emitting diode），自1990年观察到共轭聚合物PPV的电致发光现象后，研究者对聚合物在OLED上的应用进行了大量研究。现在PLED的研究主要集中在PPV及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚 二唑类、聚咔唑类衍生物以及聚芴类衍生物等。PLED在大面积制备、成本及器件柔韧性上都有较大优势，但仍然存在材料合成提纯复杂、器件效率低等问题。
　　1.2.2 根据发光类型分类
　　根据材料的发光类型，可以将有机发光材料分为荧光（fluorescence）发光材料、三线态荧光（triplet-triplet fluorescence，TTF）发光材料、磷光（phosphorescence）发光材料和热活化延迟荧光（TADF）发光材料（图1-6）[11-13]。
　　1.荧光发光材料
　　当有机荧光分子被电致激发后，将产生25%的高能量单线态激子和75%的较低能量的三线态激子。在荧光发光材料中，只有单线态激子具有纳秒（ns）级别的激子寿命进行辐射跃迁发出荧光。这导致荧光发光材料的IQE的理论极限值仅为25%。
　　2.三线态荧光发光材料
　　两个三线态激子可以通过三线态融合过程形成一个单线态激子，通过这个单线态激子获得能量并产生荧光，被称为三线态荧光。这可使得三线态荧光发光材料的IQE的理论极限值增加至62.5%。
　　3.磷光发光材料
　　通过引入重金属原子（如Ir和Pt），以强自旋轨道耦合将三线态激子寿命降低至微秒（μs）级别，从而实现磷光发射。单线态激子通过系间穿越（inter-system crossing，ISC，又称系间窜越），到达三线态以发出磷光，其IQE理论极限值可达100%。
　　4.热活化延迟荧光发光材料
　　当单线态和三线态能级差（singlet-triplet energy splitting，ΔEST）较低时（＜0.4 eV），可以借助热能使得三线态激子通过RISC回到单线态，用于荧光发射，这样发射的荧光被称为TADF。TADF光电器件在不引入重金属原子的条件下，可使得IQE理论极限值达到100%，降低了器件成本，也使得分子设计更为灵活，是现阶段OLED材料的研究热点。
　　1.2.3 根据发光颜色分类
　　根据有机发光材料的颜色可以分为有机红光材料、有机绿光材料和有机蓝光材料[14， 15]。
　　1.有机红光材料
　　虽然有机电致发光材料种类丰富多样，但作为三基色材料之一的有机红光材料较为稀少。主要原因是红光材料的能级差一般较小，因此易导致大量非辐射能量跃迁，其量子效率普遍偏低，且红光材料中常见的π-π相互作用以及分子间电荷迁移（charge transfer，CT）使得材料在成膜时易发生浓度猝灭现象。作为全彩显示中不可或缺的一部分，这通常是制约器件性能的因素之一。为了提升红光材料的性能，现在一般通过掺杂的方式来改善红光材料的发光效率、延长其寿命等。
　　2.有机绿光材料
　　有机绿光材料是现阶段较为成熟的OLED材料，也是*早实现商业化应用的OLED材料。现在市场上的绿光OLED材料主要有香豆素染料Coumarin 6及其衍生物，部分二芳胺基蒽类衍生物和咔唑类衍生物也有较好的绿光发射性能，其性能普遍优于红光材料和蓝光材料。
　　3.有机蓝光材料
　　有机蓝光材料的能级差一般较大，但宽的能级差使得载流子在传输的过程中需要克服更高的势垒，以致器件效率下降，稳定性变差。现在的有机蓝光材料及器件效率普遍低于红光和绿光材料及器件，

目录
总序
前言
第1章 有机发光二极管 1
1.1 OLED器件结构 2
1.1.1 单层结构 2
1.1.2 双层结构 2
1.1.3 三层结构 3
1.1.4 多层结构 3
1.2 OLED材料的分类 4
1.2.1 根据材料种类分类 4
1.2.2 根据发光类型分类 5
1.2.3 根据发光颜色分类 6
1.3 器件性能评价参数 7
1.3.1 发光亮度 7
1.3.2 启动电压和驱动电压 7
1.3.3 内/外量子效率 7
1.3.4 电流效率 8
1.3.5 功率效率 8
1.3.6 色域 8
1.3.7 寿命 8
1.4 三基色材料的商业之路 8
1.5 AIE材料在OLED器件中的现状和发展趋势 9
参考文献 10
第2章 经典AIE材料及其OLED器件 11
2.1 四苯基乙烯基构建的AIE材料及光电器件 11
2.1.1 取代位置的影响 12
2.1.2 分子共轭长度的影响 14
2.1.3 推电子基团的影响 17
2.1.4 吸电子基团的影响 19
2.1.5 D-A电子体系的影响 21
2.1.6 四苯基乙烯基构建的红光AIE材料 24
2.2 咪唑基构建的AIE材料及光电器件 29
2.3 芘基构建的AIE材料及光电器件 34
2.4 噻咯基构建的AIE材料及光电器件 38
参考文献 41
第3章 聚集诱导延迟荧光材料及其OLED器件 47
3.1 基于传统TADF发光材料的非掺杂OLED 48
3.2 基于新型AIDF发光材料的非掺杂OLED 52
3.3 结论与展望 59
参考文献 60
第4章 基于空间电荷转移的热活化延迟荧光材料及其OLED器件 66
4.1 有机小分子材料及光电器件 67
4.2 高分子材料及光电器件 77
4.3 结论与展望 87
参考文献 87
第5章 基于AIE材料的荧光/磷光混合型WOLED 90
5.1 荧光/磷光混合型WOLED的典型结构 91
5.2 AIE材料及其单色光OLED 93
5.3 AIE材料及其荧光/磷光混合型WOLED 99
5.4 结论与展望 113
参考文献 113
第6章 圆偏振AIE分子 117
参考文献 122
第7章 太阳能集光器 124
参考文献 127
第8章 电致荧光变色器件 128
参考文献 132
关键词索引 133