Advanced Functional Materials:双极性多功能延迟荧光材料用于高性能单色光/暖白光OLED器件

有机发光二极管(OLED)具有自发光、高对比度、柔性轻薄等优点,目前广泛应用于智能手机显示领域。OLED的发展离不开发光材料效率的提高。相比于较为成熟的磷光材料而言,热活化延迟荧光(TADF)材料成本低廉,并且可以通过快速的反向系间窜越(RISC)过程在OLED器件中实现100%的激子利用率,成为了近年OLED研究领域的热点。然而,目前报道的一些TADF-OLED体系仍存在一些缺陷,比如载流子传输不平衡、激子湮灭严重等,使得这些OLED器件在高亮度下普遍都有较严重的效率滚降,很大程度上限制了其实际应用。

为此,华南理工大学唐本忠院士团队赵祖金教授等提出了有效的发光材料设计策略。该团队在分子中引入大位阻的取代基,有效抑制了聚集态下分子间的相互作用和发光猝灭;选用合适强度的电子给体(D)和受体(A)单元、设计扭曲的D-A骨架,使材料同时具备双极传输和延迟荧光特性。该策略既提高了材料的固态发光效率和激子利用率,又抑制了激子湮灭过程。值得一提的是,这样的材料特性同时符合高效OLED发光材料和主体材料的设计要求,使该材料不但可以用作OLED器件中的发光材料,还能用作磷光OLED器件中的主体材料。

在本项工作中,该团队设计合成并系统研究了一个新型绿光材料SBF-BP-DMAC。相比于溶液态,SBF-BP-DMAC在聚集态中表现出荧光增强的行为(聚集增强发光,AEE)和更加显著的延迟荧光现象。随后,该团队系统地研究了SBF-BP-DMAC的电致发光性能,制备了一系列OLED器件。SBF-BP-DMAC的非掺杂器件的启亮电压为2.5V,最大电流效率、功率效率和外量子效率分别高达67.2 cd A–1、65.9 lm W–1 和 20.1%,而掺杂器件的最大效率则高达79.1 cd A–1、70.7 lm W–1和24.5%。此外,该团队以橙光磷光材料Ir(tptpy)2acac为客体、SBF-BP-DMAC为主体制备了高效率的橙光器件以及光谱稳定的暖白光器件。其中,橙光器件的启亮电压仅为2.3V,最大效率达到了88.0 cd A–1、108.0 lm W–1和26.8%,最大亮度超过100000 cd m–2;暖白光器件的最大正视效率为69.3 cd A–1、45.8 lm W–1和21.0%。上述的器件在高亮度下的效率滚降很小,有进一步实际应用的潜力。

此外,该团队通过研究SBF-BP-DMAC的传输特性、磷光器件中的能量转移与电荷捕获行为等,阐明了器件的高效率和低效率滚降的原因。作者认为,对于该工作中的磷光器件,激子主要在主体材料SBF-BP-DMAC上复合,再经过高效的RISC和Förster能量转移过程,在客体Ir(tptpy)2acac上进行辐射跃迁,发出橙光。在此过程中,三线态-三线态激子湮灭等非辐射失活过程被有效抑制,提高了器件在高亮度下的效率稳定性。

该工作设计的材料有机结合了AEE、TADF和双极载流子传输的特性,能够同时满足高效主体材料和客体材料的要求,为后续OLED材料体系的发展提供了有益的参考。相关论文在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202000019)上。