溶液法热激活延迟荧光互补色白光器件 — 界面激基复合物实现稳定的二元白光发射

磷光材料和热激活延迟荧光(TADF)材料的快速发展使得有机发光二极管(OLEDs)的外量子效率超过30%,功率效率超过传统的荧光灯(~70 lm/W)。但高效率、稳定性优异的深蓝光材料以及高性能的溶液法大面积加工器件仍是目前OLEDs领域的研究难点。特别是溶液法制备的白光OLEDs依然存在使用寿命短、效率低、显色指数低、白光区较窄等多方面的问题。

近期,中国科学院大学化学科学学院齐婷副教授课题组与中科院理化技术研究所光电信息材料与器件研究中心-光响应材料与器件组的王鹰研究员团队合作,应用互为互补色的TADF材料(蓝光界面激基复合物和橙红光TXO-TPA)构筑了高效率、高显色指数、光谱稳定的溶液法二元白光OLEDs。他们开发出了基于30 wt%可交联X-F6-TAPC掺杂的TFB溶液法空穴传输层,其具有平整均匀的表面、优异的抗溶剂能力以及合适的HOMO能级,从而实现了优异的空穴传输。研究人员还采用CDBP/B4PYPPM界面激基复合物稳定器件的发射光谱。研究结果显示,基于TXO-TPA和CDBP/B4PYPPM本体激基复合物的溶液法二元白光器件的启动电压低至3.0 V,最大外量子效率达到13.39%,电流效率和功率效率分别达到36.50 cd/A和37.31 lm/W。亮度为1000 cd/m2时的色坐标为(0.35, 0.39),显色指数达到78。但在这种器件结构中,蓝光本体激基复合物会与橙红光TXO-TPA分子直接接触,同时发生Förster和Dexter能量转移。器件的电流密度增加将导致载流子复合区和激子在两个发射体中的比例分配发生变化,从而导致不稳定的白光发射。因此,为了获得有效的激子管理和精细调节发色团间的能量转移,研究人员采用CDBP/B4PYPPM界面激基复合物制备溶液法二元白光器件,结构为:ITO (120 nm)/PEDOT:PSS (40 nm)/TFB:30 wt% X-F6-TAPC (15 nm)/DCzDCN:SimCP2 (2:1):10 wt% TXO-TPA (40 nm)/CDBP (x nm)/B4PYPPM (50−x nm)/LiF (1.0 nm)/Al (100 nm)。蓝光激基复合物会在CDBP和B4PYPPM层间的界面形成,而橙红光发射层TXO-TPA被CDBP薄层隔开。由于CDBP的三线态能级比激基复合物的高0.26 eV,三线态激子将受限于激基复合物上。因此,通过改变CDBP层厚度(x)可以调控激子产生区和发色团间的Förster能量转移,而Dexter能量转移可以忽略不计。在x=3.5 nm时,器件亦可在3.2 V的低电压下启动,电流效率达到21.10 cd/A,功率效率达到20.71 lm/W,对应的外量子效率为10.02%。而且在不同的电流密度下,器件均表现出光谱较为稳定的白光发射,在亮度为1000 cd/m2的条件下,色坐标为(0.32, 0.33),显色指数可达到85。这是目前报道的效率最优的溶液法二元结构白光器件结果。

最后,研究人员还指出,通过开发性能更优异的深蓝光激基复合物材料,基于该结构的溶液法二元白光器件有望实现可比肩真空蒸镀法制备的复杂结构白光器件的性能。相关成果在线发表在Advanced Optical Materials (10.1002/adom.201800978)上,论文的第一作者为中国科学院大学的硕士研究生刘彦伟。

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