新型高效率聚集诱导延迟荧光材料

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新型高效率聚集诱导延迟荧光材料材料基础科学、有机高分子材料。

关键词： 聚集诱导延迟荧光、有机发光二极管、有机电致发光

目录

应用领域

有机发光二极管，显示屏幕，白光照明

成果简介

有机电致发光材料作为新材料研发的重要组成部分，在光电器件等前沿技术领域具有重要的应用前景。如何抑制材料的聚集态发光猝灭、提高电致发光效率、降低效率滚降是该领域的关键科学问题。本成果针对该科学问题，开发了新型高效率聚集诱导延迟荧光材料，有效抑制了聚集导致的发光猝灭和激子湮灭，在保证高固态发光效率的同时提高激子利用率，使有机发光二极管（OLED）器件性能取得了突破。利用羰基作为电子受体，增强旋轨耦合，构建快速的三线态到单线态的反向系间窜越通道，提高延迟荧光效率；同时，引入螺吖啶、氧杂螺吖啶等螺环结构的电子给体，提高聚集态分子水平偶极取向，获得了一系列蓝色，绿色，橙色和红色聚集诱导延迟荧光材料。利用这些材料成功制备了具有国际领先性能的各种光色的OLED器件，器件的光取出效率达到35%以上，外量子效率达到30%以上，其中橙光OLED和红光OLED器件的外量子效率分别高达33.5%和31.5%，是目前报到的橙色和红色延迟荧光材料的最高值。在此基础上，利用分子结构的双重水平偶极取向调控，实现了材料性能的进一步突破。通过在羰基两边同时引入大体积的三咔唑苯和螺吖啶两种电子给体，有效保护集中在羰基上的激子，抑制分子间的发光猝灭和激子湮灭，增强固态发光效率。三咔唑苯和螺吖啶的存在能够更好地促进聚集态分子偶极的水平排列，并且能够调控电子和空穴传输的平衡性。所开发的天蓝光材料TCP-BP-SFAC的固态发光效率高达99%，激子利用率接近100%，水平偶极取向比例达到88%，而且具有非常接近的空穴和电子迁移率。利用TCP-BP-SFAC制备的非掺杂和掺杂OLED器件的外量子效率分别高达26.1%和38.6%，是目前报道的效率最高的天蓝光材料。

该成果所开发的一系列聚集诱导延迟荧光材料具有高固态发光效率，高激子利用率以及平衡的双极载流子传输等优点，不仅能够作为发光材料也能够作为主体材料来使用，在白光OLED器件的构建中表现出独特的优势。利用TCP-BP-SFAC制备的双色全荧光白光器件的启亮电压只有2.5伏，功率效率高达130.7 lm W‒1，外量子效率达到31.1%，而且器件的效率滚降很小，在工作亮度为100 cd m-2和 1000 cd m-2的功率效率分别保持在108.8 lm W-1和83.5 lm W-1，远远优于文献报导的所有双色白光器件（最大功率效率低于110 lm W‒1）。在此基础上，利用不同发光层之间的敏化机制，成功实现了具有高显示指数的三色全荧光白光OLED器件，其功率效率高达106.8 lm W‒1，远远优于文献报道的三色白光OLED器件。该三色全荧光白光器件的发光层间敏化过程中几乎没有激子损失，使外量子效率达到30.8%，而且滚降很小。同时，通过器件结构优化和简化，消除了因载流子传输壁垒而产生的焦耳热，在保证高效率的前提下，提升了器件的使用寿命，在100 cd m‒2工作亮度下的半衰期可以超过50000小时以上，具有巨大的实用前景。

经济效益与社会效益

国家《“十三五”材料领域科技创新专项规划》提出了“发挥材料的先导性特征，重点发展战略性电子材料、先进结构材料、新型功能与智能材料，满足战略性新兴产业的发展需求”等目标。本成果不仅提高了有机发光材料的器件效率，而且解决了效率滚降严重的难题，在OLED显示面板和白光照明领域具有很好的产业化前景。