结构简单且高效率的蓝色荧光有机发光二极管

由于在照明以及全彩色显示领域拥有的巨大潜力,这些年来有机发光二极管(OLED)一直是学术界和产业界人员热衷研究的对象。研究者们早已发现,在OLED的电极与发光层之间加入若干功能层,如空穴传输层、电子传输层、激子阻挡层等,将有助于OLED发光效率地显著提升。可以说,现今所报道的高效率OLED器件无一例外地均含有多层结构。然而,多层结构虽然有利于最终高效率的实现,但采用这样的结构同时也把高成本、低可靠性、工艺复杂、生产效率低等问题带到了实际的商业化生产当中,严重地制约了OLED生产的低成本化和大规模化。华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室苏仕健教授课题组针对这一问题,开发了新型的蓝色荧光材料,并制备出了高效率的单层结构OLED器件。相关结果发表在Advanced Functional Materials上。

结构简单且高效率的蓝色荧光有机发光二极管

要实现高效率的单层结构器件,对发光材料的特质有着比较苛刻的要求。该材料必须同时具备高的荧光量子效率、良好的电子和空穴传输性能以及容易从阴极和阳极注入载流子的特性。从构筑双极性分子的角度出发,结合传统的空穴传输性单元三苯胺和该课题组新开发的电子传输性单元萘并咪唑,合成出新型的蓝色荧光材料NI-1-PhTPA和NI-2-PhTPA。NI-1-PhTPA和NI-2-PhTPA的区别仅在于,所含有的萘并咪唑单元的构型有所不同。但除此之外,它们的分子轨道能级和荧光量子效率均非常接近。然而令人感到意外的是,这两个材料在单层器件中所表现出的性能有着十分巨大的差异。基于NI-1-PhTPA的单层结构器件启亮电压为3.0 V,最大外量子效率只有0.52%。而基于NI-2-PhTPA的单层结构器件启亮电压仅为2.7 V,最大亮度超过10000 cd m-2, 最大外量子效率达到4.37%。这一性能甚至超过了许多现有报道的多层结构荧光器件的效率。利用X射线和紫外光电子能谱技术,可以发现NI-2-PhTPA中萘并咪唑单元所含有的裸露氮原子与阴极能够产生某种配位作用,降低了来自阴极的电子注入势垒,从而获得了良好的载流子平衡,而NI-1-PhTPA则不具备这种特性。此外,利用这两个材料作为非掺杂发光层,并引入电子传输层和空穴传输层制备多层结构器件,由于多层结构器件相似的电子和空穴注入特性,两个器件表现出十分相近的驱动电压和效率,外量子效率分别达到6.08%和5.95%,发光颜色均为接近NTSC标准蓝光色度坐标的深蓝光。

该工作对同分异构体间发光和载流子注入性能差异的研究对有机电致发光领域有较重要的揭示作用。其中,利用新型双极性发光材料制备高效单层结构器件的方法有望促进OLED大规模生产的工艺简单化和低成本化。相关工作得到了国家科技部和国家自然科学基金的资助,部分实验测试工作由苏州大学唐建新教授协助完成。

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