敏化型電致發(fā)光器件原理與技術
發(fā)布時間：2021-08-30 09:09
近年來,高性能熒光有機電致發(fā)光器件（FOLEDs）的開發(fā)受到了廣泛關注。由于熒光材料僅能利用25%的單重態(tài)激子輻射發(fā)光,FOLEDs的外量子效率（EQE）理論極限為5%。通過能量轉移,充分利用主體分子的單重態(tài)與三重態(tài)激子敏化熒光客體發(fā)光,可以提高激子利用率。目前敏化型FOLEDs（SFOLEDs）的最高EQE已達26.1%。本文詳細介紹了SFOLEDs的敏化原理和機制,并根據(jù)敏化機制的不同,系統(tǒng)地總結了熱活化延遲熒光敏化、激基復合物敏化、三重態(tài)湮滅敏化和局域電荷轉移雜化激發(fā)態(tài)（HLCT）敏化等各類SFOLEDs的材料與器件結構特點及其研究進展。最后本綜述對該類器件的研究前景進行了展望,期待吸引更多專業(yè)的研究人員的研究興趣,進而推動該領域的發(fā)展。
【文章來源】：化學進展. 2020,32(09)北大核心SCICSCD
【文章頁數(shù)】：16 頁
【部分圖文】：
SFOLEDs的原理
圖5 (a) 空間分離的激基復合物SFOLEDs結構圖,(b) 在不同厚度mCP下的DBP瞬態(tài)EL譜,(c) 在不同mCP厚度下的器件電致發(fā)光光譜圖,(d) EQE-電流密度曲線[60]為進一步研究界面激基復合物SFOLEDs,如圖5a所示,蘇仕健等在空穴傳輸層和電子傳輸層之間插入一層0～4 nm的mCP中間層,將熒光客體DBP和激基復合物敏化主體分開[60]。如圖5b所示,隨著插入超薄層mCP的厚度不斷增加,器件的瞬態(tài)電致發(fā)光壽命也不斷提高,表明激基復合物三重態(tài)激子的湮滅得到有效控制。如圖5c,d所示,新的器件結構在高電流密度下可以有效提高效率,EQE值提高到14.9%。這一空間分離的發(fā)光層結構有效抑制了熒光客體材料的直接電荷捕獲和主客體三重態(tài)之間的Dexter能量轉移,在高電流密度下降低了激子湮滅,使器件EQE值大幅提高。與此同時,空間分離結構提供了更寬的激子復合區(qū)域,因此,敏化過程更完全,從而進一步改善激基復合物敏化結構因能量轉移不充分而引起的色純度低的問題。這一結構開創(chuàng)了一種新的激基復合物存在形式。
單主體TADF敏化是指直接以TADF材料作為唯一主體而不再混入其他主體的一類SFOLEDs。2014年,清華大學段煉等首先提出運用單主體TADF材料敏化FOLEDs的概念(圖2a),選取兩種結構相似的TADF分子PIC-TRZ和DIC-TRZ分別作為敏化劑,其RISC效率分別為0.80、0.92,同時挑選熒光量子產(chǎn)率(PLQY)高達0.86的熒光材料DDAF作為客體材料。如圖2b所示,TADF分子的發(fā)射光譜和熒光材料的吸收光譜有大面積重疊,保證了主客體之間能夠進行有效的F?rster能量轉移。如圖2c所示,當DIC-TRZ材料用作敏化劑時器件EQE達到12.2%,而PIC-TRZ材料作為敏化主體時EQE值也能夠達到4.7%。從EL譜(圖2d)可以看出,TADF分子的能量完全轉移到了熒光客體材料上,實現(xiàn)敏化客體分子發(fā)光。該器件突破了傳統(tǒng)FOLEDs性能5%理論極限,驗證了TADF敏化型器件理論的可行性,為后來SFOLEDs的發(fā)展奠定基礎[9]。在單色光敏化類器件中要求盡可能實現(xiàn)敏化主體對客體完全敏化,在獲得器件高效率的同時保障器件的色純度。而在混色發(fā)光器件中,則可以利用不完全的敏化過程中敏化劑材料的發(fā)光,構筑白光器件。DMAC-DPS作為一種常用的藍光TADF發(fā)光材料也被嘗試用作TADF敏化劑,其分子結構式如圖式1a所示。DMAC-DPS的給體單元與受體單元的垂直排列的分子特點可以有效抑制分子堆積,從而保障TADF分子在高濃度摻雜時也不會產(chǎn)生三重態(tài)激子湮滅問題,因此該材料非常適合作為敏化劑摻雜到器件中。2015年,李文連等使用DMAC-DPS敏化熒光材料紅熒烯,器件的啟亮電壓僅有2.48 V,同時EQE達到7.48%。由于主客體材料之間能量傳遞不充分,DMAC-DPS上未完全傳遞的能量會發(fā)生直接輻射躍遷發(fā)出藍光,與紅熒烯發(fā)出的橙光混合成白光,由此成功制備出單發(fā)光層白光FOLEDs[38]。2017年,他們繼續(xù)利用DMAC-DPS敏化熒光客體材料C545T,電流效率(CE)提高到32.2 cd·A-1,在100 cd·cm-2的亮度下器件EQE達到了9.35%,是至今為止單主體材料敏化C545T的最高效率。不僅如此,該敏化型熒光器件的效率滾降僅有1%,在1000 cd·cm-2的亮度下EQE仍然高達9.26%。對PL光譜的進一步分析表明,TADF分子的高效上轉換過程是器件獲得高效率和低滾降的核心[39]。C545T作為常用綠色熒光材料,在傳統(tǒng)的Alq3:C545T體系中器件最高CE僅有12.8 cd·A-1,遠低于對應的SFOLEDs[40]。
本文編號：3372495
【文章來源】：化學進展. 2020,32(09)北大核心SCICSCD
【文章頁數(shù)】：16 頁
【部分圖文】：
SFOLEDs的原理
圖5 (a) 空間分離的激基復合物SFOLEDs結構圖,(b) 在不同厚度mCP下的DBP瞬態(tài)EL譜,(c) 在不同mCP厚度下的器件電致發(fā)光光譜圖,(d) EQE-電流密度曲線[60]為進一步研究界面激基復合物SFOLEDs,如圖5a所示,蘇仕健等在空穴傳輸層和電子傳輸層之間插入一層0～4 nm的mCP中間層,將熒光客體DBP和激基復合物敏化主體分開[60]。如圖5b所示,隨著插入超薄層mCP的厚度不斷增加,器件的瞬態(tài)電致發(fā)光壽命也不斷提高,表明激基復合物三重態(tài)激子的湮滅得到有效控制。如圖5c,d所示,新的器件結構在高電流密度下可以有效提高效率,EQE值提高到14.9%。這一空間分離的發(fā)光層結構有效抑制了熒光客體材料的直接電荷捕獲和主客體三重態(tài)之間的Dexter能量轉移,在高電流密度下降低了激子湮滅,使器件EQE值大幅提高。與此同時,空間分離結構提供了更寬的激子復合區(qū)域,因此,敏化過程更完全,從而進一步改善激基復合物敏化結構因能量轉移不充分而引起的色純度低的問題。這一結構開創(chuàng)了一種新的激基復合物存在形式。
單主體TADF敏化是指直接以TADF材料作為唯一主體而不再混入其他主體的一類SFOLEDs。2014年,清華大學段煉等首先提出運用單主體TADF材料敏化FOLEDs的概念(圖2a),選取兩種結構相似的TADF分子PIC-TRZ和DIC-TRZ分別作為敏化劑,其RISC效率分別為0.80、0.92,同時挑選熒光量子產(chǎn)率(PLQY)高達0.86的熒光材料DDAF作為客體材料。如圖2b所示,TADF分子的發(fā)射光譜和熒光材料的吸收光譜有大面積重疊,保證了主客體之間能夠進行有效的F?rster能量轉移。如圖2c所示,當DIC-TRZ材料用作敏化劑時器件EQE達到12.2%,而PIC-TRZ材料作為敏化主體時EQE值也能夠達到4.7%。從EL譜(圖2d)可以看出,TADF分子的能量完全轉移到了熒光客體材料上,實現(xiàn)敏化客體分子發(fā)光。該器件突破了傳統(tǒng)FOLEDs性能5%理論極限,驗證了TADF敏化型器件理論的可行性,為后來SFOLEDs的發(fā)展奠定基礎[9]。在單色光敏化類器件中要求盡可能實現(xiàn)敏化主體對客體完全敏化,在獲得器件高效率的同時保障器件的色純度。而在混色發(fā)光器件中,則可以利用不完全的敏化過程中敏化劑材料的發(fā)光,構筑白光器件。DMAC-DPS作為一種常用的藍光TADF發(fā)光材料也被嘗試用作TADF敏化劑,其分子結構式如圖式1a所示。DMAC-DPS的給體單元與受體單元的垂直排列的分子特點可以有效抑制分子堆積,從而保障TADF分子在高濃度摻雜時也不會產(chǎn)生三重態(tài)激子湮滅問題,因此該材料非常適合作為敏化劑摻雜到器件中。2015年,李文連等使用DMAC-DPS敏化熒光材料紅熒烯,器件的啟亮電壓僅有2.48 V,同時EQE達到7.48%。由于主客體材料之間能量傳遞不充分,DMAC-DPS上未完全傳遞的能量會發(fā)生直接輻射躍遷發(fā)出藍光,與紅熒烯發(fā)出的橙光混合成白光,由此成功制備出單發(fā)光層白光FOLEDs[38]。2017年,他們繼續(xù)利用DMAC-DPS敏化熒光客體材料C545T,電流效率(CE)提高到32.2 cd·A-1,在100 cd·cm-2的亮度下器件EQE達到了9.35%,是至今為止單主體材料敏化C545T的最高效率。不僅如此,該敏化型熒光器件的效率滾降僅有1%,在1000 cd·cm-2的亮度下EQE仍然高達9.26%。對PL光譜的進一步分析表明,TADF分子的高效上轉換過程是器件獲得高效率和低滾降的核心[39]。C545T作為常用綠色熒光材料,在傳統(tǒng)的Alq3:C545T體系中器件最高CE僅有12.8 cd·A-1,遠低于對應的SFOLEDs[40]。
本文編號：3372495
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