Advanced Materials:蓝光OLED新突破—通过快速上转换TADF敏化剂实现高效率和长寿命

尽管已成功商业化,有机发光二极管(OLED)器件目前仍受限于蓝光器件高效率与高稳定性不可兼得的瓶颈。传统荧光染料稳定性好,但效率低;磷光材料虽然能显著提升器件效率,但稳定性差。热活化延迟荧光材料(Thermally activated delayed fluorescence, TADF)可利用纯有机分子实现100%激子利用,为突破该瓶颈提供可能性。清华大学段炼教授课题组前期开发了基于氰基/咔唑衍生物(CzBNs)的蓝光材料,受到广泛关注,被认为是最稳定的蓝光材料体系之一。基于CzBNs的天蓝光染料实现了目前报道的天蓝光器件最长寿命。然而,要实现高效稳定的 深蓝光发射(峰值< 470 nm),CzBNs染料的性能仍亟待提升。原因在于随着光谱蓝移,此类材料电荷转移三线态(3CT)与局域三线态(3LE)之间能级进一步增大,不利于实现高效的反向系间窜越(RISC)(图a)。

针对此,清华大学化学系段炼课题组在最新工作中,采用弱电子受体-苯腈替代强受体-CN,构筑了给-受体相对位置不同的多给体-多受体的结构,通过瞬态吸收测试证明直线型给体-π-给体(D-π-D)和受体-π-受体(A-π-A)的结构能增强离域激发态,减小3LE-3CT能级差,提升RISC速率(kRISC)(图a)。构筑的蓝光材料p4TCzDBN在456 nm的发光下,kRISC高达2.4×106 s-1,这是基于CzBNs衍生物的最高值(图b)。得益于高的kRISC,该材料作为染料时器件效率滚降得到抑制,1000 cd/m2亮度下EQE>20%。构筑的稳定器件在500 cd/m2起始亮度下,T80%(衰减到起始亮度80%所需时间)超过40 h。进一步,结合该课题组提出的热活化敏化荧光(TADF-sensitized fluorescence, TSF)机制,利用p4TCzDBN作为敏化剂,引入具有多重共振效应的染料,成功构筑了深蓝光TSF器件。器件的CIE坐标为(0.13,0.12),半峰宽~28 nm,EQE高达32.5%,且在100 cd/m2亮度下,器件T80> 3000 h(图c)。这是目前已有报道中该光色下效率最高,寿命最长的深蓝光器件。

此研究为深蓝光OLED器件研究开辟了新路,有望突破蓝光OLED效率和寿命的瓶颈。相关论文在线发表在Adv. Mater(DOI: 10.1002/adma.201908355)。文章通讯作者为段炼教授,第一作者为张东东助理研究员,清华大学化学系为第一单位,合作单位包括清华大学柔性电子技术研究中心及英国剑桥大学卡文迪许实验室(Dan Credgington课题组)。