敏化型电致发光器件原理与技术
发布时间：2021-08-30 09:09
近年来,高性能荧光有机电致发光器件（FOLEDs）的开发受到了广泛关注。由于荧光材料仅能利用25%的单重态激子辐射发光,FOLEDs的外量子效率（EQE）理论极限为5%。通过能量转移,充分利用主体分子的单重态与三重态激子敏化荧光客体发光,可以提高激子利用率。目前敏化型FOLEDs（SFOLEDs）的最高EQE已达26.1%。本文详细介绍了SFOLEDs的敏化原理和机制,并根据敏化机制的不同,系统地总结了热活化延迟荧光敏化、激基复合物敏化、三重态湮灭敏化和局域电荷转移杂化激发态（HLCT）敏化等各类SFOLEDs的材料与器件结构特点及其研究进展。最后本综述对该类器件的研究前景进行了展望,期待吸引更多专业的研究人员的研究兴趣,进而推动该领域的发展。
【文章来源】：化学进展. 2020,32(09)北大核心SCICSCD
【文章页数】：16 页
【部分图文】：
SFOLEDs的原理
图5 (a) 空间分离的激基复合物SFOLEDs结构图,(b) 在不同厚度mCP下的DBP瞬态EL谱,(c) 在不同mCP厚度下的器件电致发光光谱图,(d) EQE-电流密度曲线[60]为进一步研究界面激基复合物SFOLEDs,如图5a所示,苏仕健等在空穴传输层和电子传输层之间插入一层0～4 nm的mCP中间层,将荧光客体DBP和激基复合物敏化主体分开[60]。如图5b所示,随着插入超薄层mCP的厚度不断增加,器件的瞬态电致发光寿命也不断提高,表明激基复合物三重态激子的湮灭得到有效控制。如图5c,d所示,新的器件结构在高电流密度下可以有效提高效率,EQE值提高到14.9%。这一空间分离的发光层结构有效抑制了荧光客体材料的直接电荷捕获和主客体三重态之间的Dexter能量转移,在高电流密度下降低了激子湮灭,使器件EQE值大幅提高。与此同时,空间分离结构提供了更宽的激子复合区域,因此,敏化过程更完全,从而进一步改善激基复合物敏化结构因能量转移不充分而引起的色纯度低的问题。这一结构开创了一种新的激基复合物存在形式。
单主体TADF敏化是指直接以TADF材料作为唯一主体而不再混入其他主体的一类SFOLEDs。2014年,清华大学段炼等首先提出运用单主体TADF材料敏化FOLEDs的概念(图2a),选取两种结构相似的TADF分子PIC-TRZ和DIC-TRZ分别作为敏化剂,其RISC效率分别为0.80、0.92,同时挑选荧光量子产率(PLQY)高达0.86的荧光材料DDAF作为客体材料。如图2b所示,TADF分子的发射光谱和荧光材料的吸收光谱有大面积重叠,保证了主客体之间能够进行有效的F?rster能量转移。如图2c所示,当DIC-TRZ材料用作敏化剂时器件EQE达到12.2%,而PIC-TRZ材料作为敏化主体时EQE值也能够达到4.7%。从EL谱(图2d)可以看出,TADF分子的能量完全转移到了荧光客体材料上,实现敏化客体分子发光。该器件突破了传统FOLEDs性能5%理论极限,验证了TADF敏化型器件理论的可行性,为后来SFOLEDs的发展奠定基础[9]。在单色光敏化类器件中要求尽可能实现敏化主体对客体完全敏化,在获得器件高效率的同时保障器件的色纯度。而在混色发光器件中,则可以利用不完全的敏化过程中敏化剂材料的发光,构筑白光器件。DMAC-DPS作为一种常用的蓝光TADF发光材料也被尝试用作TADF敏化剂,其分子结构式如图式1a所示。DMAC-DPS的给体单元与受体单元的垂直排列的分子特点可以有效抑制分子堆积,从而保障TADF分子在高浓度掺杂时也不会产生三重态激子湮灭问题,因此该材料非常适合作为敏化剂掺杂到器件中。2015年,李文连等使用DMAC-DPS敏化荧光材料红荧烯,器件的启亮电压仅有2.48 V,同时EQE达到7.48%。由于主客体材料之间能量传递不充分,DMAC-DPS上未完全传递的能量会发生直接辐射跃迁发出蓝光,与红荧烯发出的橙光混合成白光,由此成功制备出单发光层白光FOLEDs[38]。2017年,他们继续利用DMAC-DPS敏化荧光客体材料C545T,电流效率(CE)提高到32.2 cd·A-1,在100 cd·cm-2的亮度下器件EQE达到了9.35%,是至今为止单主体材料敏化C545T的最高效率。不仅如此,该敏化型荧光器件的效率滚降仅有1%,在1000 cd·cm-2的亮度下EQE仍然高达9.26%。对PL光谱的进一步分析表明,TADF分子的高效上转换过程是器件获得高效率和低滚降的核心[39]。C545T作为常用绿色荧光材料,在传统的Alq3:C545T体系中器件最高CE仅有12.8 cd·A-1,远低于对应的SFOLEDs[40]。
本文编号：3372495
【文章来源】：化学进展. 2020,32(09)北大核心SCICSCD
【文章页数】：16 页
【部分图文】：
SFOLEDs的原理
图5 (a) 空间分离的激基复合物SFOLEDs结构图,(b) 在不同厚度mCP下的DBP瞬态EL谱,(c) 在不同mCP厚度下的器件电致发光光谱图,(d) EQE-电流密度曲线[60]为进一步研究界面激基复合物SFOLEDs,如图5a所示,苏仕健等在空穴传输层和电子传输层之间插入一层0～4 nm的mCP中间层,将荧光客体DBP和激基复合物敏化主体分开[60]。如图5b所示,随着插入超薄层mCP的厚度不断增加,器件的瞬态电致发光寿命也不断提高,表明激基复合物三重态激子的湮灭得到有效控制。如图5c,d所示,新的器件结构在高电流密度下可以有效提高效率,EQE值提高到14.9%。这一空间分离的发光层结构有效抑制了荧光客体材料的直接电荷捕获和主客体三重态之间的Dexter能量转移,在高电流密度下降低了激子湮灭,使器件EQE值大幅提高。与此同时,空间分离结构提供了更宽的激子复合区域,因此,敏化过程更完全,从而进一步改善激基复合物敏化结构因能量转移不充分而引起的色纯度低的问题。这一结构开创了一种新的激基复合物存在形式。
单主体TADF敏化是指直接以TADF材料作为唯一主体而不再混入其他主体的一类SFOLEDs。2014年,清华大学段炼等首先提出运用单主体TADF材料敏化FOLEDs的概念(图2a),选取两种结构相似的TADF分子PIC-TRZ和DIC-TRZ分别作为敏化剂,其RISC效率分别为0.80、0.92,同时挑选荧光量子产率(PLQY)高达0.86的荧光材料DDAF作为客体材料。如图2b所示,TADF分子的发射光谱和荧光材料的吸收光谱有大面积重叠,保证了主客体之间能够进行有效的F?rster能量转移。如图2c所示,当DIC-TRZ材料用作敏化剂时器件EQE达到12.2%,而PIC-TRZ材料作为敏化主体时EQE值也能够达到4.7%。从EL谱(图2d)可以看出,TADF分子的能量完全转移到了荧光客体材料上,实现敏化客体分子发光。该器件突破了传统FOLEDs性能5%理论极限,验证了TADF敏化型器件理论的可行性,为后来SFOLEDs的发展奠定基础[9]。在单色光敏化类器件中要求尽可能实现敏化主体对客体完全敏化,在获得器件高效率的同时保障器件的色纯度。而在混色发光器件中,则可以利用不完全的敏化过程中敏化剂材料的发光,构筑白光器件。DMAC-DPS作为一种常用的蓝光TADF发光材料也被尝试用作TADF敏化剂,其分子结构式如图式1a所示。DMAC-DPS的给体单元与受体单元的垂直排列的分子特点可以有效抑制分子堆积,从而保障TADF分子在高浓度掺杂时也不会产生三重态激子湮灭问题,因此该材料非常适合作为敏化剂掺杂到器件中。2015年,李文连等使用DMAC-DPS敏化荧光材料红荧烯,器件的启亮电压仅有2.48 V,同时EQE达到7.48%。由于主客体材料之间能量传递不充分,DMAC-DPS上未完全传递的能量会发生直接辐射跃迁发出蓝光,与红荧烯发出的橙光混合成白光,由此成功制备出单发光层白光FOLEDs[38]。2017年,他们继续利用DMAC-DPS敏化荧光客体材料C545T,电流效率(CE)提高到32.2 cd·A-1,在100 cd·cm-2的亮度下器件EQE达到了9.35%,是至今为止单主体材料敏化C545T的最高效率。不仅如此,该敏化型荧光器件的效率滚降仅有1%,在1000 cd·cm-2的亮度下EQE仍然高达9.26%。对PL光谱的进一步分析表明,TADF分子的高效上转换过程是器件获得高效率和低滚降的核心[39]。C545T作为常用绿色荧光材料,在传统的Alq3:C545T体系中器件最高CE仅有12.8 cd·A-1,远低于对应的SFOLEDs[40]。
本文编号：3372495
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