在科技部973项目、国家自然科学基金委和中国科学院的大力支持下，化学所有机固体实验室帅志刚研究员与比利时蒙斯-艾诺大学Jean-Luc Brédas教授（化学所名誉研究员）和David Beljonne博士合作，在高分子发光显示材料效率的理论研究中取得重要进展，明确指出高分子的电致发光效率可以远远大于自旋统计给出的25%极限；详细研究结果最近发表在国际著名刊物Advanced Functional Materials  2004, 14, 684和Physical Review Letters 2004, 93, 066803上。帅志刚课题组还对相关的问题作了研究，结果发表在Journal of Physical Chemistry B 2004, 108, 9608上。

一般认为，电致发光效率的极限为25%；这是因为电荷注入形成单线与三线电子-空穴对的比例从统计上来讲是1:3。近几年，国际学术界对于在有机发光材料体系是否存在25%这一极限一直很关注，实验测量也一直存在的各种分歧和争议。

帅志刚研究员与比利时的科学家长期合作，在电子耦合的基础上，又考虑了驱动力的贡献，从而克服了帅志刚等人早期提出的理论中的不足之处。根据新的理论模型，电荷首先形成链间极化子对，满足自旋统计规律，即被注入的电荷有25%形成单线对，75%形成三线对。由于自旋-晶格耦合或者极化子电离等过程都会比从链间极化子形成激子的过程，同时计算表明，在高分子中单线态比三线态形成率大得多，而在小分子中，两者接近。因此，动态来讲，在高分子中形成的激子的自旋比例会远远偏离1:3，而在小分子中，则基本满足1:3的规律。同时，他们还与实验科学家合作，对于理论提出的激子形成过程中的中间态做了测量，通过热激荧光和热激磷光与温度的关系，从而精确地测量了链间极化子对的交换能，得到的结果与用耦合簇运动方程方法的计算结果完全一致。因此更加明确地指出高分子的电致发光效率可以远远大于自旋统计给出的25%极限。对于外电场对激子形成率的影响，计算结果表明，外场有助于单线态的形成，与有关实验一致。

据2004年5月3日美国化学会新闻周刊C&EN News报道，Philips公司的科学家通过修饰发光器件的阳极，阻碍空穴输运，从而使得电子和空穴平衡运动，增大了电子-空穴复合区域，得到了外量子效率高达12%的高分子器件，是以前的结果的三倍，换算成内量子效率超过了60%。这是最直接的实验证据。

高分子材料在大面积、平板、柔性显示与照明方面有重要的应用。帅志刚等人的合作研究结果揭示了高分子发光显示材料工业的广阔发展前景。因此，该理论研究结果引起了国际电子工业界的广泛关注。2004年4月14日，大型全球性网站“电子工程时代”(EE TIMES NETWORK) http://www.eetimes.com以“Theory promises brighter plastic light-emitting-diodes”（理论许诺更亮的塑料发光二极管）为题详细报道了这一重要成果。国际半导体工业界著名新闻杂志Solid State Technology（July, 2004, p.18，http://www.solid-state.com）也进行了报道。

图1. 理论计算得到的小分子与大分子的相关能级

图2. 热激磷光与热激荧光随温度的变化关系，给出极化子对的交换能，与理论计算一致

图3. 小分子体系单线态与三线态形成率之比

图4. 大分子单线态与三线态形成率之比

                                                            （有机固体院重点实验室供稿）