高亮度下实现高功率效率的超高效绿色PHOLEDs

有机发光二极管(OLED)在显示及照明领域具有广泛的市场应用前景。自1987年首次报道以来,OLED已经获得了长足的进展。考虑到高分辨率显示器极低的开口率以及大面积照明的生产成本,OLED实际的工作亮度要求一般在5000 cd/m2以上,如何保持高亮度下器件的效率,特别是功率效率(PE),是目前一个亟需解决的问题。高PE需要同时实现高外量子效率(EQE)和低驱动电压。目前高亮度下EQE超过30%的磷光器件(PHOLEDs)已经广泛报导,因此获得高的PE的关键在于如何降低器件电压。

降低器件电压的关键,一方面要减小器件不同功能层之间的电荷注入势垒,另一方面要提升传输材料特别是电子传输材料的迁移率。为了能够实现激子有效利用,PHOLEDs需要高三线态主体。对传统主体而言,高三线态意味着更高的单线态和带隙,这会导致传输层与发光层的大电荷注入势垒;另一方面,为了实现有效的激子阻挡,电子传输材料也需要高的三线态。而为了提高材料的三线态需要缩短分子的共轭结构,这通常不利于获得高的迁移率。如何解决上述问题是降低器件电压的关键。

清华大学段炼研究团队近期提出,利用热活化延迟荧光(TADF)材料作为主体,结合高迁移率的蒽衍生物作为电子传输材料来有效的降低器件电压,可显著提升OLED器件的PE值。与具有相同三线态的传统主体相比,TADF材料由于其小的单线态-三线态能级差而具有更窄的带隙,从而减小电荷从传输层到发光层的注入势垒;同时,TADF主体能够降低发光层中三线态激子的浓度,从而有效的降低器件的效率滚降。在电子传输材料方面,该团队设计合成了新型的基于吡啶/蒽衍生物的电子传输材料。吡啶基团不仅仅有利于注入而且会通过分子间氢键作用促进分子紧密堆积,从而进一步改善电子传输。虽然蒽类材料的三线态能级较低,但该团队巧妙的利用了该材料电子迁移率高的特点,在器件结构设计中使得复合界面远离电子传输层,因而避免了对染料激子的淬灭。基于上述策略构筑的绿色PHOLED,在5000 cd/m2和10000 cd/m2的亮度下电压分别只有2.76 V和2.92V,器件的EQE/PE分别为28.0%/ 102 lm/W和 27.9%/ 97 lm/W。通过进一步的器件结构优化,高性能的PHOLED在10000 cd/m2亮度下PE高达109 lm/W,电压也只有2.97 V,将PHOLED的性能提升到了一个新的高度。上述策略为提升OLED的性能的提供了新的思路。相关工作发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201702847)上。

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