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新型高效率聚集誘導延遲熒光材料材料基礎科學、有機高分子材料。

關鍵詞： 聚集誘導延遲熒光、有機發光二極管、有機電致發光

應用領域

有機發光二極管，顯示屏幕，白光照明

成果簡介

有機電致發光材料作為新材料研發的重要組成部分，在光電器件等前沿技術領域具有重要的應用前景。如何抑制材料的聚集態發光猝滅、提高電致發光效率、降低效率滾降是該領域的關鍵科學問題。本成果針對該科學問題，開發了新型高效率聚集誘導延遲熒光材料，有效抑制了聚集導致的發光猝滅和激子湮滅，在保證高固態發光效率的同時提高激子利用率，使有機發光二極管（OLED）器件性能取得了突破。利用羰基作為電子受體，增強旋軌耦合，構建快速的三線態到單線態的反向系間竄越通道，提高延遲熒光效率；同時，引入螺吖啶、氧雜螺吖啶等螺環結構的電子給體，提高聚集態分子水平偶極取向，獲得了一系列藍色，綠色，橙色和紅色聚集誘導延遲熒光材料。利用這些材料成功製備了具有國際領先性能的各種光色的OLED器件，器件的光取出效率達到35%以上，外量子效率達到30%以上，其中橙光OLED和紅光OLED器件的外量子效率分別高達33.5%和31.5%，是目前報到的橙色和紅色延遲熒光材料的最高值。在此基礎上，利用分子結構的雙重水平偶極取向調控，實現了材料性能的進一步突破。通過在羰基兩邊同時引入大體積的三咔唑苯和螺吖啶兩種電子給體，有效保護集中在羰基上的激子，抑制分子間的發光猝滅和激子湮滅，增強固態發光效率。三咔唑苯和螺吖啶的存在能夠更好地促進聚集態分子偶極的水平排列，並且能夠調控電子和空穴傳輸的平衡性。所開發的天藍光材料TCP-BP-SFAC的固態發光效率高達99%，激子利用率接近100%，水平偶極取向比例達到88%，而且具有非常接近的空穴和電子遷移率。利用TCP-BP-SFAC製備的非摻雜和摻雜OLED器件的外量子效率分別高達26.1%和38.6%，是目前報道的效率最高的天藍光材料。

該成果所開發的一系列聚集誘導延遲熒光材料具有高固態發光效率，高激子利用率以及平衡的雙極載流子傳輸等優點，不僅能夠作為發光材料也能夠作為主體材料來使用，在白光OLED器件的構建中表現出獨特的優勢。利用TCP-BP-SFAC製備的雙色全熒光白光器件的啟亮電壓只有2.5伏，功率效率高達130.7 lm W‒1，外量子效率達到31.1%，而且器件的效率滾降很小，在工作亮度為100 cd m-2和 1000 cd m-2的功率效率分別保持在108.8 lm W-1和83.5 lm W-1，遠遠優於文獻報導的所有雙色白光器件（最大功率效率低於110 lm W‒1）。在此基礎上，利用不同發光層之間的敏化機制，成功實現了具有高顯示指數的三色全熒光白光OLED器件，其功率效率高達106.8 lm W‒1，遠遠優於文獻報道的三色白光OLED器件。該三色全熒光白光器件的發光層間敏化過程中幾乎沒有激子損失，使外量子效率達到30.8%，而且滾降很小。同時，通過器件結構優化和簡化，消除了因載流子傳輸壁壘而產生的焦耳熱，在保證高效率的前提下，提升了器件的使用壽命，在100 cd m‒2工作亮度下的半衰期可以超過50000小時以上，具有巨大的實用前景。

經濟效益與社會效益

國家《「十三五」材料領域科技創新專項規劃》提出了「發揮材料的先導性特徵，重點發展戰略性電子材料、先進結構材料、新型功能與智能材料，滿足戰略性新興產業的發展需求」等目標。本成果不僅提高了有機發光材料的器件效率，而且解決了效率滾降嚴重的難題，在OLED顯示面板和白光照明領域具有很好的產業化前景。