Advanced Optical Materials:红磷光客体敏化热活化延迟荧光蓝光的150 lm/W长寿命叠层杂化白光有机发光二极管

白光有机发光二极管(WOLED)作为平面光源,具有无蓝光危害,无眩光,柔性可弯折等独特的性质,被认为是固态照明光源的明日之星。高效率和长寿命是WOLED大规模应用于照明产业的基本要求,但目前阶段,在高亮度下保持高性能的WOLED仍然难以实现。现如今,高效率WOLED结构普遍是基于全磷光发光。磷光材料通常具有很强的自旋-轨道耦合效应,可以充分利用单线态和三线态激子,全磷光WOLED也因此一度被认为是最有希望将WOLED推向产业化的白光解决方案。然而,由于缺乏高效稳定的蓝磷光材料,全磷光WOLED的寿命短板始终没能够被很好地补全,不能满足实用性的要求。因此,将黄色或绿色、红色的磷光客体和蓝荧光客体杂化的荧光磷光杂化WOLED(hy-OLED)成为折中的选择。然而,这种结构设计受传统荧光客体低激子利用率天然特征的限制,使得稳定高效的WOLED结构设计依然困难重重。

为了设计出高性能的WOLED器件结构,苏州大学功能纳米与软物质研究院(FUNSOM)冯敏强教授课题组提出了一种四色荧光磷光杂化WOLED器件结构设计,根据该方法制备的WOLED表现出优异的电致发光性能,最大外量子效率(EQE)和功率效率(LE)分别为42.9%和66.3 lm/W。该器件在1000 cd/m2时保持在了40.5%(53.4 lm/W),性能滚降非常小。我们通过采用高折射率衬底和压印理想的微透镜阵列结构提取器件内部限制的光,进一步提高了器件的效率和寿命,最终串联WOLED在1000 cd/m2时的EQE和LE分别为126.1%和150.7 lm/W,CRI接近80。此外,我们对白光器件做了加速老化测试,无出光提取的器件起始亮度10000 cd/m2时的T50可以达140小时,经过换算,该器件加入光取出之后的寿命可以达到12600小时(T50:亮度从初始值L0=1000 cd/m2下降至50%的时间)。相关文章发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.202000727)上。

新设计的四色WOLED器件结构包括一个激基复合物作为主体的黄光红光单元(YRU)和一个TADF材料作为蓝光发光材料的蓝光红光发光单元(BRU)。在此结构中,TADF材料在该串联结构中有多种效能:(1)分子间TADF材料(激基复合物)作为YRU的主体,(2)TADF材料作为蓝光的发光客体,(3)上述的TADF蓝光客体作为辅助主体敏化发光层内的红磷光客体材料。该方法有如下的优点:首先,向YRU引入了激基复合物主体,可以免除电荷传输层到发光层的注入势垒,降低驱动电压低。此外,在BRU和YRU中采用TADF材料作为敏化剂,降低了磷光的掺杂浓度,从而降低了制备成本。然后,控制红磷光客体在BRU中的浓度,可以调控蓝荧光客体能量转移到红磷光客体的比例,从而做到在更大范围内调节白光光谱。最后,我们设计多通道辐射衰减BRU代替传统蓝光单元(BU),使得过量的蓝光激子可以传递到红光客体上,该过程可以进一步提高蓝色单元在高亮度下的稳定性。简言之,该结构很好的平衡了效率和稳定性。研究者相信,此项研究不仅提供了一种有效的制备高性能长寿命的WOLED制备方案,也揭示了,结合TADF材料设计、器件设计与光取出技术的WOLED能够作为高效率、长寿命和低成本的固态照明光源的潜力。