当AIE遇见OLEDs:材料分子结构调控实现蓝光器件性能提升

近年来,有机发光二极管 (Organic Light-Emitting Diodes,OLEDs) 由于具有自发光、广视角、以及高对比度等的优点备受科学家们的关注。目前随着发光材料和器件结构的双重创新,高效发光的红、绿器件已经成功制备,然而值得注意的是基于蓝光发射的OLEDs器件性能仍有待进一步提高。目前普遍认为,高效发光的蓝光材料是获得高性能OLEDs器件的关键之一。然而,正如大部分有机发光材料一样,已经开发和报道的部分蓝光材料均面临着“聚集发光淬灭”的现象,不利于高效率发光器件的制备。为了解决这一问题,香港科技大学唐本忠院士在2001年提出了“聚集诱导发光”(Aggregation-Induced Emission,AIE) 的概念,即利用发光材料结构中的“转子”在聚集状态下的运动受限来实现其高效发光,这一理念的提出也为获得高性能有机蓝光材料及其OLEDs器件奠定了基础。有意思的是,基于AIE材料的有机发光器件也可以避免传统OLEDs器件复杂的主客体结构,这不仅有效提高了其器件的稳定性,同时也大大降低了OLED器件的制备成本。

另一方面,研究证明虽然现有部分材料具有较好的AIE性能,但是其扭曲的分子结构在一定程度上会降低材料的电荷传输性能,不利于获得良好的发光器件;与此同时,部分材料虽然具有较好的电荷传输性能,但是其分子间堆积作用较强,聚集态光谱很容易发生红移,不利于蓝光器件的制备。基于此,香港科技大学唐本忠院士和华南理工大学苏仕健教授合作,通过咔唑基AIE材料分子结构的调控,成功实现了材料发光强度和发光波长的有效平衡,并且实现了高效率蓝光OLEDs器件的成功制备。研究结果显示,相较于化合物2-CzTPE,2,7-CzTPE不仅显示了良好的AIE性能和固态发光效率 (PLQY= 60.63%),同时在非掺杂器件 (ITO/ HATCN/NPB/TCTA/EML/TPBI/LiF/Al) 中,2,7-CzTPE也显示了优异的发光性能,其启亮电压仅为2.9 V,最大电流效率为7.38 cd/A,外量子效率为3.0%。值得一提的是,虽然两个化合物在聚集状态及OLEDs器件中的发光性能均有较大的差异,但是其发光光谱和色坐标却比较类似,这也为通过分子工程调控材料和蓝光器件发光性能提供了一种新的思路。

相关论文在线发表于Advanced Electronic Materials (DOI: 10.1002/aelm.201800354)上,论文第一作者为香港科技大学博士后党东锋博士 (现为西安交通大学副教授),通讯作者为华南理工大学苏仕健教授和香港科技大学唐本忠院士。

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