作者:段炼等 来源:《化学》 发布时间:2022/3/22 16:37:03
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结构简化的高效稳定蓝光和白光荧光OLED器件

 

2022年3月21日,清华大学化学系段炼教授、张东东博士团队在Chem上发表了题为“TADF molecules with π-extended acceptors for simplified high-efficiency blue and white organic light-emitting diodes”的新研究,提出扩展给体π共轭体系的分子设计思路,突破氰基/咔唑类高效稳定蓝光热活化延迟荧光染料的限制瓶颈,实现了结构简化的高效稳定蓝光和白光荧光OLED器件。

论文第一作者为博士研究生洪响晨,通讯作者为段炼教授、张东东助理研究员。

兼具高效率与高稳定性的蓝光材料始终是制约OLED发展的瓶颈。热活化延迟荧光(TADF)材料通过减小单三线态能隙(ΔEST)实现有效反向系间窜跃(RISC)过程,利用纯有机染料即可实现100%激子利用,为突破上述瓶颈提供了新的思路。然而,设计稳定的蓝光TADF材料仍然是一个巨大的挑战。该课题组于2016年首次开发了基于氰基/咔唑(CzBNs)的蓝光TADF材料,已成为高效稳定蓝光材料的代表性体系,被认为有望实现商业化突破。该体系广阔的应用前景获得了广泛跟踪研究报道,揭示了该体系中多咔唑结构是其效率和稳定性的基础。然而,多咔唑结构导致分子高度的三维立体结构,难以实现有效分子取向调控,限制了材料提升光取出效率的能力,器件外量子效率难以超过30%。减小咔唑数量更有利于增大分子平面性,调控其发光偶极的取向。然而,咔唑数量的减少会显著降低材料的TADF性能,难以实现高效激子利用。如何突破上述矛盾一直是该体系进一步发展的难点。

在该研究工作中,基于双咔唑的少给体结构,该团队巧妙地在氰基对位引入受体基团的拓展π体系,实现了材料性能的突破。该分子结构一方面促进了分子LUMO能级分布的离域程度,增强了电荷转移态和局域态之间的耦合,显著提升了材料TADF性能;另一方面,增大了材料的平面性,提升了其发光偶极的水平取向比例(Θ//),从而提高了器件的光取出效率。基于该策略设计的分子2PCzBN-FPh表现出>90%的高PLQY、速率约为106 s-1的快速RISC过程,以及84%的高Θ//

基于2PCzBN-FPh染料构筑的掺杂OLED器件发射峰位于469 nm,实现了创纪录的35.7% EQEmax。同时,该材料还保持了多咔唑结构的高稳定性的特点,在1000 cd/m2起始亮度下,LT95~10 h,且CIEy仅0.24,为该光色下最长寿命报道之一。值得一提的是,基于这一蓝光TADF染料的非掺杂器件同样实现了惊人的27.1% EQEmax。这使得2PCzBN-FPh成为具有简化单发射层结构的白光OLED的理想蓝光发射主体,由此构筑的双色和三色白光OLED器件的EQEmax分别为29.3%和21.1%,CIE坐标分别为(0.37, 0.40)和(0.39, 0.41),显色指数CRI分别为65和83。

基于CzBN稳定蓝光材料广阔的应用前景,该工作为此类材料的设计提供了新的范例,进一步突破蓝光材料高效率与高稳定性的限制瓶颈,推动蓝光TADF材料的商业化进展。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.02.017

 
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