面向高功率效率、高稳定性RGB OLED器件应用的高三重态能级空穴阻挡材料

通常,在有机发光二极管器件中(organic light-emitting diodes, OLEDs),相对于电子注入与传输,空穴注入与传输占主导地位。因而,发展高三重态能级空穴阻挡材料(Hole-blocking layer, HBL)具有重要意义。一方面,通过限制空穴传输,增加电子与空穴在发光层中复合几率;另一方面,高三重态能级有利于使用高效率磷光或TADF材料。当前,应用于高效率OLED器件的空穴阻挡材料,已有大量报道,但对于器件稳定性研究较少。

利用BAlq (Al(III)bis(2-methyl-8-quninolinato)(4-phenylphenolate)),可获得高稳定性绿光、红光磷光器件;不过,其较高的HOMO能级(−5.9 eV)以及较低的三重态能级(~2.18 eV),不利于获得高效率绿光磷光器件。近期,华南理工大学材料科学与工程学院发光材料与器件国家重点实验室朱旭辉、彭俊彪教授等报道了多功能空穴阻挡材料Phen-m– PhDPO(图1),获得高功率效率、高稳定三基色 pin OLED器件。

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Phen-m-PhDPO具备诸多优点:易合成提纯,高三重态能级(~2.67 eV),深HOMO (−6.39 eV)、LUMO(~−2.9 eV),以及高Tg(94 oC)。

相比于常用空穴阻挡材料1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazolyl)benzene (TPBi),在天蓝光荧光、绿光及红光磷光OLED器件中,Phen-m-PhDPO器件获得较低的工作电压,进而更高的功率效率,分别为8.9、41、10.1 lm/W vs. 6.2、32.0、7.76 lm/W @ ca. 1000 cd m−2(TPBi)。在恒电流驱动下,天蓝光器件t80约为168 h @起始亮度1000 cd m−2;绿光器件t50约为40 h @起始亮度10000 cd m−2。新近结果显示,对于红光器件,t80接近300 h @起始亮度1000 cd m−2

Phen-m-PhDPO电子迁移率μe ≈ 6.34 × 10−8−1.58× 10−6 cm2 V−1s−1 at E = 2−5 × 105 V cm−1;相比之下,TPBi具有较高的电子迁移率:9.1 × 10−7−1.2 × 10−5 cm2 V−1s−1。 因而Phen-m-PhDPO器件的低工作电压,以及高功率效率,与其具有较深的LUMO以及Phen-m-PhDPO/电子注入层Bphen:Cs2CO3的界面相互作用有关。

之外,发光层主体材料对于器件稳定性至关重要。譬如采用Phen-m-PhDPO自身作为主体材料的绿光磷光器件,虽然获得高发光效率,但在起始亮度为10000 cd m−2时,t50不足半小时,主要是由于在器件工作中,发光层内的空穴注入受限引起。

该工作发表在Advanced Electronic Materials(2016, DOI:10.1002/aelm.201600101)上。

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