基于非芳香胺类材料实现高效热活化延迟荧光激基复合物发光及其电致发光器件应用

实现具有100%内量子效率的不含贵重金属化合物的纯有机电致发光器件对于降低有机发光二极管(OLED)在显示与照明应用上的成本具有重要意义。其中,发光材料是OLED器件的核心部分。对于传统有机荧光材料,由于三线态辐射禁阻,其相应器件理论最大内量子效率仅有25%。而近期出现的热活化延迟荧光材料由于具有非常小的单三线态分裂能,电生三线态激子可以通过反向系间窜越的方式来到辐射允许的单线态,从而实现具有100%内量子效率的高效电致发光。在实现热活化延迟荧光效应的材料体系中,芳香胺类给受体型激基复合物体系占据了重要位置,传统的优化与改进思路集中于使该类材料体系具有更高效率和更平衡的空穴电子传输能力。

近期,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团队另辟蹊径,发现与报道了一种基于吩噁噻的衍生物,在不含有任何传统芳香胺单元的情况下,同样可以与电子受体分子实现高效热活化延迟荧光激基复合物发光。研究中发现,通过巧妙引入甲基增大吩噁噻片段与相邻苯环的二面角度,可以有效弱化分子间密堆积导致的三线态降低的情况。在与经典的一些电子传输材料共混之后,该吩噁噻富电子给体化合物可以和电子受体生成强电荷转移态,从而降低前线分子轨道交叠积分,实现小的单三线态分裂能。特殊的地方还在于,由于硫原子对于跃迁的贡献,其“重”原子效应极其显著增强了单三线态之间的旋轨耦合效应,在单三线态分裂能为约0.10 eV的情况下,其系间窜越和反向系间窜越速率达到了108 和106 s-1的数量级。这在已经报道的具有相似单三线态分裂能的体系中极其少见。基于该策略,成功实现了具有纯蓝光、天蓝光和绿光的热活化延迟荧光激基复合物发光体系。特别是基于绿光发光体系,其电致发光器件实现了>90%的最大内量子效率,充分说明该类体系有潜力实现具有100%内量子效率的高效电致发光器件。

最后,基于该研究,研究人员相信高效激基复合物发光体系的研发可以进一步拓展到非传统芳香胺类衍生物的领域,这将可能为未来高效电致发光器件、场效应晶体管和传感器件方向开拓新的可能。相关论文发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201801554)上,第一和通讯作者分别为华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室博士生蔡欣佚和苏仕健教授。