清華大學Adv. Mater. ：高亮度下實現高功率效率的超高效綠色PHOLEDs

【引言】

有機發光二極管(OLEDs)在防眩光源和顯示屏領域的應用近來發展勢頭迅猛。鑒于每平方米大面積照明的生產成本以及高分辨率顯示器有限的開口率， OLEDs的亮度水平需高于5000 cd·m^-2。從節能角度來看，如何在高亮度下仍能保持高的器件效率，特別是功率效率(PE)，這一問題亟待解決。欲實現較高的PE，提升外量子效率(EQE)的同時也需降低操作電壓。到目前為止，在抑制效率衰減的前提下，磷光有機發光兩極管(PHOLEDs)的EQEs最高已經達到30%以上。此后實現高PE的關鍵問題已經轉為如何降低驅動電壓。降低PHOLEDs電壓的有效策略之一是利用熱激活延遲熒光(TADF)材料作為主體。此外，除主體材料外，電荷傳輸材料——特別是電子傳輸材料(ETMs)，也是降低器件電壓的關鍵。

【成果簡介】

近日，清華大學段煉教授(通訊作者)等制備了在亮度高于5000 cd·m^-2下具有極低電壓的超高效綠色磷光有機發光兩極管(PHOLEDs)，并在Adv. Mater.上發表了題為“Ultrahigh-Efficiency Green PHOLEDs with a Voltage under 3 V and a Power Efficiency of Nearly 110 lm·W^-1 at Luminance of 10 000 cd·m^-2”的研究論文。該PHOLED以熱激活延遲熒光材料作為主體材料，一種新型蒽/吡啶衍生物作為電子傳輸材料(ETM)。ETM的吡啶單元不僅促進了電荷的注入，而且還提高了電子傳輸流動性，應歸因于由分子間氫鍵引起的分子緊密堆積。對該綠色PHOLEDs進行優化，在5000 cd·m^-2 10000 cd·m^-2下，驅動電壓分別為2.76和2.92 V，EQEs/PEs分別為28.0%/102 lm·W^-1和27.9%/97 lm·W^-1。此外，對器件進一步優化，在電壓3V以及10000 cd·m^-2下PE可達到109 lm·W^-1。在所有已報道的綠色OLEDs中，該PHOLED已達到前所未有的高水平，為其走向實際應用鋪平了道路。

【圖文簡介】

圖1 ETM材料——DPPyA的合成與結構

(a) DPPyA的合成路線；

(b) DPPyA的單晶結構；

(c) DPPyA的分子堆積結構。

圖2? DPPyA的分子軌道與電化學性質

(a) DPPyA的HOMO和LUMO分布；

(b) DPPyA三線態密度和電子密度分布；

(c) DPPyA在氯仿溶液中的吸收和發射光譜；

(d) DPPyA的線掃曲線；

(e) DPPyA 薄膜電荷遷移率對電場作圖。

?圖3 ?PHOLEDs的亮度性能

(a) PHOLEDs的能級圖；

(b) PHOLEDs的電流密度-電壓-亮度曲線；

(c) PHOLEDs的EQE -亮度曲線；

(d) PHOLEDs的PE -亮度曲線。

圖4 聚合物傳統OFET的傳輸測試

(a) PHOLEDs的能級圖；

(b) PHOLEDs的電流密度-電壓-亮度曲線；

(c) PHOLEDs的EQE -亮度-PE曲線。

【小結】

該研究使用了一種具有良好的電子注入及傳輸能力的蒽/吡啶作為ETM材料，以TADF材料作為主體材料，大大提高了PHOLEDs的PE。對該綠色PHOLEDs進行優化，在5000 cd·m^-2 10000 cd·m^-2下，驅動電壓分別為2.76和2.92 V。對器件進一步優化，在電壓3V以及10000 cd·m^-2下PE可達到109 lm·W^-1，已突破已有文獻報道的紀錄。該工作顯示出對ETM和器件結構進行優化這一策略的重要性，為其走向實際應用鋪平了道路。

文獻鏈接： Ultrahigh-Efficiency Green PHOLEDs with a Voltage under 3 V and a Power Efficiency of Nearly 110 lm·W^-1 at Luminance of 10 000 cd·m^-2. (Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201702847)

本文由材料人編輯部肖杰編譯，丁菲菲審核，點我加入材料人編輯部。

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