Nat. Photonics | 基于扭曲共轭分子设计策略的高性能超纯绿光OLED

发布时间:2023-01-13访问量:151设置

有机电致发光二极管(OLED)在超高清显示等领域拥有广泛的应用前景,但是其在发光效率和发光色纯度方面仍存在进一步改善的空间。绿光位于可见光谱的中间位置,轻微的光谱展宽或肩峰存在都会导致其CIEy值的降低,损害绿光色纯度。因而相比蓝光和红光,发展高色纯度绿光面临很大的挑战。

针对此问题,近日,苏州大学功能纳米与软物质研究院(FUNSOM)的张晓宏教授、王凯副教授,联合香港城市大学陈先凯教授(即将入职FUNSOM)、九州大学有机光电子研究中心(OPERA)的Chihaya Adachi教授提出了一种高度扭曲稠环π共轭的分子设计策略,设计并合成了有机硼发光材料DBTN-2。通过上述设计策略,一方面,分子激发态下的振动弛豫过程得到了很好的抑制,因此DBTN-2在甲苯溶液表现出高色纯度的绿光发射,发光光谱的半峰宽(FWHM)仅为20 nm;另一方面,由于临近苯环上氢原子间的空间位阻作用使DNTN-2呈现出高度扭曲的分子结构,导致其单重态和三重态具有不同的轨道跃迁成分,即ππ*跃迁成分和杂化ππ*/πσ*跃迁成分,显著增强了两个激发态之间的自旋-轨道耦合作用;此外,其分子结构中引入的多个咔唑基团还诱导了三重态形成电荷共振型激发特征,进一步打开了高能级三重态向单重态转化的通道。DBTN-2最终获得了优异的kRISC速率(1.7×10-5 s-1)和高效的TADF特性。基于DBTN-2的OLED器件实现了发光峰值在520 nm处的超纯绿光发光,FWHM仅为29 nm,CIE坐标为(0.19,0.74)。这已经能够满足目前商业化显示对色纯度的要求,并且已经非常接近Rec. 2020的绿光标准。此外,由于具有100%的荧光量子产率和高的水平偶极取向(95%),该器件也获得了35.2%的最大外量子效率和较小的效率滚降,表明DBTN-2具有改善目前OLED显示技术性能的发展潜力。以上的结果表明该工作不仅提供了一种高性能、高色纯度的绿光MR-TADF发光材料,而且为未来具有高效率、高色纯度的MR-TADF发光材料的开发提供了可行的分子设计策略。相关成果已在期刊Nature Photonics上发表(DOI: 10.1038/s41566-022-01106-8)。张晓宏教授课题组的博士后范孝春为该文的第一作者。

图1. DBTN-2的高精度理论计算结果


图2. DBTN-2的光物理性质


图3. 基于DBTN-2的OLED器件性能及对比


文章链接https://www.nature.com/articles/s41566-022-01106-8

文章题目Ultrapure green organic light-emitting diodes based on highly distorted fused π-conjugated molecular design

作者信息Xiao-Chun Fan, Kai Wang*, Yi-Zhong Shi, Ying-Chun Cheng, Yi-Ting Lee, Jia Yu, Xian-Kai Chen*, Chihaya Adachi* and Xiao-Hong Zhang*


责任编辑:郭佳


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