基于热活化敏化荧光机制的高效荧光器件

AM

有机发光二极管(OLED)近年来获得了飞速的发展,目前已经在广泛应用到中小尺寸显示器上。OLED的发展与发光材料的进展是密不可分的。第一代有机发光材料是传统的荧光材料,虽然种类繁多,价格便宜,但是受自旋统计限制,能量利用效率≤25%;第二代有机发光材料为含Ir、Pt等贵金属的磷光材料,该类材料可以有效地利用电激发形成的单线态和三线态激子,使得器件的内量子效率达到100%,但是存在价格昂贵、蓝光材料稳定性差等缺点。为了解决上述材料所存在的问题,近年来人们提出了第三类有机发光材料,热活化延迟荧光(TADF)材料。该类材料的单线态-三线态能隙(ΔEST)非常小,三线态激子可以通过反向系间窜越(RIST)转变成单线态激子发光,因此器件的内量子效率可以达到100%。然而,为了减小材料的ΔEST,必须尽量减小材料的最高已占轨道(HOMO)与最低未占轨道(LUMO)的重叠,但HOMO与LUMO的分离将造成辐射跃迁速率降低,从而影响其发光效率。这对矛盾给高效率TADF材料的设计和光谱的调控带了了很大的困难。为了解决这对矛盾,清华大学化学系的段炼副研究员提出,可利用TADF 材料作为主体,敏化传统的荧光染料。基于该机制,激子在TADF主体材料上复合,三线态激子通过RIST有效地转换为单线态;主体材料单线态将不再自身发光,而是通过Förster能量传递方式传给高效率的荧光染料。器件的效率仅取决于主体材料的上转换效率和客体材料的发光效率,从而有望获得高性能的器件。

清华大学课题组设计合成了ΔEST仅为0.06 eV的DIC-TRZ作为传统荧光材料DDAF的主体。客体材料DDAF在主体DIC-TRZ中的光致发光效率可以达到0.85。光致激发下的瞬态寿命研究表明,主体和客体之间的能量传递速率高达107 s-1,有利于敏化机制的发生。基于DIC-TRZ:DDAF发光层构筑的荧光器件,最高外量子效率可以达到12.2%,功率效率可以达到44 lm/W,同时器件在7 V的电压下可以达到25000 cd/m2的亮度。器件的性能要远远高于采用传统荧光主体Alq3掺杂DDAF的对比器件,证明了这种新机制的优异性。电瞬态寿命测试表明,高达59%的发光来自于主体材料三线态上转换的贡献。同时,计算表明,进一步降低主体的ΔEST可以获得更高的器件效率。上述策略可以降低TADF材料的设计难度,并有效地拓展TADF材料的发光范围。相关结果发表在Advanced Materials上,该工作为发展高效、廉价的新一代OLED奠定了基础。

Speak Your Mind

*