Sedan dess födelse i laboratoriet, Tekniken för organiska lysdioder (OLED) har utvecklats till en industri värd tiotals miljarder dollar under de senaste tre decennierna. I industriella tillämpningar, de fosforescerande materialen med 100 % excitonutnyttjandeeffektivitet (EUE) har kunnat möta behoven hos tre primära röda och gröna OLED:er för visning. Dock, den långa livslängden i exciterat tillstånd (vanligtvis> 1 μs) och hög energi i exciterade tillstånd (> 2,8 eV) gör blå fosforescerande OLED dåligt stabil. Därför, de blå ljusemitterande materialen som för närvarande används är fortfarande fluorescerande material med låg EUE men kort livslängd på nanosekunder i exciterat tillstånd.

De traditionella f-f transition sällsynta jordartsmetallkomplexen har fördelarna med 100 % EUE och mycket rena röda och gröna utsläpp, därför har de tillämpats på OLED-forskning ännu tidigare än fosforescerande material. Dock, f-f-övergångens inneboende millisekund livslängd i exciterat tillstånd begränsar förbättringen av enhetens prestanda, gör långsamma framsteg av sällsynt jordartsmetallkomplex elektroluminescens under många år.

Nyligen, ett forskarlag från Peking University uppnådde högeffektiva himmelsblåa OLED:er genom att introducera ett d-f transition sällsynt jordartsmetall cerium(III)-komplex Ce-2 med en nanosekunds livstid i exciterat tillstånd. Författarna bevisade att 100 % EUE kan uppnås i cerium(III)-komplexbaserade OLED. Viktigast, enhetsstabiliteten för Ce-2 är avsevärt förbättrad jämfört med den för det traditionella iridium (III)-komplexet med en liknande emitterande färg.

Skiljer sig från andra trevärda sällsynta jordartsmetalljoner, den enskilda elektronen i Ce(III)-jonen kan producera spin-tillåten och paritetstillåten 4f-5d-övergång, och livslängden i det upphetsade tillståndet är bara tiotals nanosekunder. Dock, på grund av den släckande effekten av ligander och små molekyler i miljön, de flesta Ce(III)-komplex är inte emissiva. Liganden av Ce-2 har multidentat koordinationsförmåga och en relativt stel struktur, som effektivt kan skydda den centrala Ce(III)-jonen. Därför, emissionseffektiviteten för Ce-2 i den dopade filmen är 95 %, och livslängden i det exciterade tillståndet mäts som 52 ns.

Intressant, Ce-2-baserad OLED uppvisar en maximal extern kvantverkningsgrad på 20,8 %. Baserat på detta resultat, man kan dra slutsatsen att enhetens EUE är nära 100 %. Viktigast av allt, Ce(III)-komplexbaserad OLED visade mindre roll-off, högre maximal luminans, och längre livslängd med ~70 gånger, jämfört med en Ir(III)-komplexbaserad OLED med en liknande emitterande färg. Transient elektroluminescensstudie visar att livslängden i exciterad tillstånd för Ce-2 i OLED endast är 1/16 av den för Ir(III)-komplexet i enheten. Det är huvudskälet till förbättringen av enhetens prestanda. Eftersom Ce(III)-komplex har både 100 % EUE och nanosekunders luminescenslivslängd, sådana sändare lovar att tillverka blå OLED med både hög effektivitet och stabilitet. Förutom, med tanke på att Ce(III)-komplex har justerbara utsläppsspektra och lägre kostnader, sådana material förväntas bli en ny generation av sändare för att uppnå fullfärgs OLED-skärm och belysning.