新型高效热激活延迟荧光(TADF)材料:硫杂蒽酮衍生物

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有机发光二极管(OLEDs)在大面积平板显示和照明方面的应用引起了工业界和学术界的广泛关注。然而,传统有机荧光材料只能利用电激发形成的25%单线态激子发光,器件的内量子效率较低(最高为25%)。尽管磷光材料由于重原子中心强的自旋-轨道耦合增强了系间穿越,可以有效利用电激发形成的单线态激子和三线态激子发光,使器件的内量子效率达100%。但磷光材料存在价格昂贵,材料稳定性较差,器件效率滚落严重等问题限制了其在OLEDs的应用。热激活延迟荧光(TADF)材料是继有机荧光材料和有机磷光材料之后发展的第三代有机发光材料。该类材料一般具有小的单线态-三线态能级差(DEST),三线态激子可以通过反系间穿越转变成单线态激子发光。这可以充分利用电激发下形成的单线态激子和三线态激子,器件的内量子效率可以达到100%。同时,材料结构可控,性质稳定,价格便宜无需贵重金属,在OLEDs领域的应用前景广阔。但是材料结构与其光物理性质及器件效率的相关性的还不清楚,限制了高效延迟荧光材料的开发,导致现有TADF材料种类单一,器件的效率较低,无法满足高效有机发光二极管的要求。

硫杂蒽酮类衍生物具有小的单线态-三线态带隙被广泛的用作三线态光敏剂和光引发剂。中科院理化技术研究所的王鹰研究员、汪鹏飞研究员及其研究团队通过对硫杂蒽酮单元的修饰及分子结构的优化,有效降低了分子的单线态-三线态能级差,提高了三线态与单线态间的系间穿越效率,获得了新型TADF发光材料TXO-TPA和TXO-PhCz。TXO-TPA和TXO-PhCz分别掺杂于主体mCP(5 wt%)中,掺杂薄膜(5 wt%)发射出绿色和黄色荧光,薄膜的荧光量子产率高达83%和90%。深入研究材料的光物理性质发现TXO-TPA和TXO-PhCz的DEST分别为52 和73 meV,较小的DEST有利于发生有效的上转换过程,使材料显示出强的TADF性质。以TXO-TPA和TXO-PhCz掺杂薄膜为发光层构筑的OLED器件(ITO/PEDOT (30 nm)/TAPC (20 nm)/EML (35 nm)/TmPyPB (55 nm)/LiF(0.9 nm)/Al),器件的外量子效率高达18.5%和21.5%,接近目前基于TADF材料OLED器件的最佳值。这将为开发新型 TADF材料,构筑高性能 OLED 器件提供有力的途径,而且有望促进OLED器件在显示和照明器件方面的应用。

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