通过主体材料单-三线态能隙调控实现高效的磷光器件

AFM有机发光二极管(OLED)作为新一代的显示和照明技术已经引起了人们的广泛关注。目前OLED的性能已经满足了中小尺寸显示器的要求,并广泛应用在仪器仪表和智能手机上。但是, OLED照明器件的工作亮度是OLED显示器件工作亮度的10倍以上,这为OLED的研究提出了新的挑战:必须解决OLED器件亮度增大后效率滚降(roll-off)、寿命缩短的问题。针对上述问题,清华大学化学系段炼副研究员提出可以采用具有热活化延迟荧光(TADF)的主体材料来获得高效率、低效率滚降、长寿命的磷光OLED。

对于磷光OLED,高性能的主体材料应该具有足够高的三线态能级以防止染料能量的回传、需要足够低的单线态来改善电子和空穴从传输层到发光层的注入、还需要均有均衡的电子和空穴传输能力以实现发光层中电子和空穴的平衡,而TADF主体材料有望同时满足上述要求。清华大学课题组在吲哚咔唑/三嗪的衍生物中引入不同电负性的基团来调节材料的能级、单线态-三线态能隙(ΔEST)和传输性能。实验结果表明材料的能级得到了有效地调控,随着取代基电负性的增加,材料的最高占有轨道(HOMO)与最低空轨道(LUMO)重叠减小,ΔEST可降低至0.06 eV。进一步的,通过单载流子器件的测试发现材料的电荷注入和传输性能得到了很好的调节,实现了平衡的电荷注入和传输能力。将TADF主体材料掺杂黄色磷光染料,优化后的黄光OLED实现了24.5 %的最大外量子效率和64 lm/W的最大功率效率,即使在10000 cd/m2的高亮度下,器件的外量子效率和功率效率仍有23.8 %和45.4 lm/W,效率滚降得到了有效的抑制。初步的寿命测试表明,基于TADF主体的OLED器件具有很好的稳定性。优异器件性能可以归因于TADF主体材料狭小的ΔEST(有利于提高载流子注入)以及均衡的电荷传输能力(有利于提高载流子平衡、拓展激子复合区域)。相关结果发表在Advanced Functional Materials上,该工作为获得高性能的OLED照明器件提供了基础

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