吉林大學路萍團隊Nano Energy：超高顯色指數的高性能非摻雜藍色OLEDs和混合純白色OLEDs的新型藍色熒光材料

【引言】

高效有機發光二極管（OLEDs）具有響應速度快、柔性顯示潛力、節能、無背光等優點，在過去的幾十年里得到了廣泛的關注和發展。盡管近年來高性能OLEDs的研究取得了很大的進展，但在實際應用中仍存在很大的局限性。特別是在器件效率和穩定性方面，藍色材料的性能還遠遠不能滿足商品化的需要。近年來，大量高效的磷光材料和熱激活延遲熒光（TADF）藍色發光材料可以捕獲所有的三重態激子，實現高的外量子效率（EQE）。然而，一系列挑戰和關鍵問題仍未解決。例如，對于磷光材料和TADF材料來說，由于它們的工作機理，很難獲得滿足實際應用要求的高亮度、高穩定性的高效純藍發射。此外，它們必須被摻雜到適當的高三重能級的主材料中，以避免由于濃度引起的發射猝滅和激子湮滅，這需要復雜的OLEDs制造過程，并增加商業成本。盡管如此，它們的設備效率仍然受到在相對高亮度下快速降低的影響。因此，具有平衡電荷注入和輸運特性的高質量純藍色發光體可以應用于簡單的無摻雜器件中，并在高發光率下達到高效率是非常必要的。另一方面，藍色發射器不僅可以作為激發源，通過能量傳遞過程產生各種顏色的光，包括綠色、紅色和白色，還可以在全彩應用中增加色域，降低功耗。為了滿足下一代平板照明和紅/綠/藍/白電視（RGBW-TV）的標準，高顯色指數（CRI）的白色OLEDs（WOLEDs）是住宅、博物館、美術館和其他商業場所照明應用的重點。在簡化器件中同時實現高效率、高CRI、優異的色彩穩定性和低效率滾降仍然是一個巨大的挑戰。到目前為止，作為發射體來實現高效無摻雜藍色OLEDs的純藍色發光劑，同時作為構建高CRI的高性能WOLEDs的主要器件的純藍色發光劑還很少見。

【成果簡介】

近日，在吉林大學路萍教授團隊（通訊作者）帶領下，設計并合成了由三苯胺/苯并咪唑和不對稱結構的四苯基乙烯取代蒽組成的兩個藍色發光體，TPAATPE和PPIATPE。使用TPAATPE作為發射器的非摻雜OLEDs表現出純藍色發射，其最大外部量子效率（EQE）為6.97％，國際照明委員會坐標為（0.15，0.16）。以TPAATPE為藍色發射元件，結合熱激活延遲熒光（TADF）分子PTZMes₂B（作為綠色發射器和磷光體調節長波發射的主體），成功制備了一系列高效的混合型白色OLEDs。其中，雙色白色OLEDs呈現出對眼睛友好的暖白光，最大前視EQE為25.2%。特別是，三色白色OLEDs實現了純白色發射，其CIE坐標為（0.34，0.38），最大前視EQE為25.3％，超高的CRI為92。所有非摻雜藍色OLEDs和混合白色OLEDs均表現出非常低的效率滾降，具有出色的色彩穩定性。目前，這些結果是迄今為止報道的白色OLEDs的最佳結果之一。相關成果以題為“Novel Blue Fluorescent Materials for High-Performance Nondoped Blue OLEDs and Hybrid Pure White OLEDs with Ultrahigh Color Rendering Index”發表在了Nano Energy上。

【圖文導讀】

圖1?TPAATPE和PPIATPE的光譜表征

（a,b）TPAATPE和PPIATPE在稀釋THF溶液（a）和純薄膜（b）中的紫外-可見吸收光譜和PL光譜。

圖2?TPAATPE和PPIATPE的DFT計算

TPAATPE和PPIATPE前沿分子軌道的構象、空間分布和能級。

圖3?藍色OLEDs器件的性能表征

（a）B1和B2器件所用材料的能級圖和分子結構。

（b）B1和B2器件的EQEs和歸一化EL光譜。

（c）電流密度-電壓-亮度特性。

（d）電流效率和功率效率與亮度曲線。

圖4 混合WOLEDs器件的性能表征

（a）混合WOLED的器件結構和相應的厚度，以及發射器的分子結構。

（b）器件W1-W5的EQE和歸一化的EL光譜。

（c）電流密度-電壓-亮度特性。

（d）電流效率和功率效率與亮度曲線。

圖5?三色WOLEDs的器件的性能表征

（a）三色WOLED中的能量轉移機理和發射體分子結構示意圖。

（b）W6器件的EQE和歸一化EL光譜。插圖：白色發射的照片。

（c）電流密度-電壓-亮度特性。

（d）電流效率和功率效率與亮度曲線。

【小結】

總之，團隊設計并合成了兩種由三苯胺/苯并菲咪唑和TPE取代的蒽組成的新型AIE型藍色發光體。這些化合物在純凈薄膜中表現出良好的熱穩定性，出色的電荷傳輸能力和高的PLQYs。基于TPAATPE的非摻雜器件顯示穩定的純藍光，其CIE坐標為（0.15，0.16），最大EQE為6.97%。另外，采用TPAATPE作為藍色發光元件，TADF分子PTZMes₂B作為綠色發光體和長波長熒光粉的主體，得到了兩種高效的混合WOLEDs。雙色裝置顯示友好的暖白光，最大前視CE、PE和EQE分別為69.0 cd A^-1、69.5 lm W^-1和25.2%。此外，利用主體PTZMes₂B與客體Ir(piq)₃之間的不完全能量傳遞，制備了三色WOLEDs并實現了純白色發射，CIE坐標為（0.34，0.38），最大前視EQE值為25.3%，超高顯色指數為92。此外，所有藍色和白色的OLEDs都表現出較低的效率衰減和出色的色彩穩定性。這些結果系統地論證了高效純藍色發光劑是開發高性能混合WOLEDs的有前途的候選材料，對顯示和照明等未來的實際應用具有重要價值。

文獻鏈接：Novel Blue Fluorescent Materials for High-Performance Nondoped Blue OLEDs and Hybrid Pure White OLEDs with Ultrahigh Color Rendering Index（Nano Energy，?2019，DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104325）

本文由木文韜供稿。

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