【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】憑借輕巧、靈活和自發(fā)光等優(yōu)點，有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)被廣泛認(rèn)為是主流的第三代顯示技術(shù)。而有機(jī)電致發(fā)光材料是OLED的關(guān)鍵組分之一。能夠通過高能級通道迅速發(fā)生逆系統(tǒng)間躍遷(RISC)過程的“熱激子”材料在OLED界備受關(guān)注。有研究顯示，通過熱激子路徑可以獲得理論上的100%內(nèi)部量子效率(IQE)和低滾降速率。然而，紅色熱激子材料在聚集態(tài)和團(tuán)簇態(tài)下仍不可避免地遭受聚集引起的淬滅(ACQ)，導(dǎo)致相對較低的光致發(fā)光量子產(chǎn)率(PLQYs)。同時，迄今為止缺乏明確的分子設(shè)計策略來提高PLQYs。聚集誘導(dǎo)發(fā)光(AIE)是重要的光物理現(xiàn)象。然而，由于缺乏有效的三重激子利用策略，多數(shù)基于AIE的OLEDs效率較低。
近日，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員葛子義和副研究員李偉，聯(lián)合華南理工大學(xué)教授蘇仕健等，提出了新穎的分子設(shè)計策略，將熱激子機(jī)制和AIE特性融合到單個分子。在新開發(fā)的分子T-IPD和DT-IPD中(圖1)，通過調(diào)節(jié)受體單元的共軛長度，單重激發(fā)(S1)態(tài)的能量顯著提高至第二三重激發(fā)(T2)態(tài)，從而增強了高能態(tài)的逆系間竄越過程(hRISC)(圖2)。通過引入TPA和DP-TPA給體基團(tuán)，T-IPD和DT-IPD可以形成剛性和扭曲的三維幾何結(jié)構(gòu)，具有適當(dāng)?shù)亩娼牵行б种屏朔肿娱gπ-π堆積和分子內(nèi)運動，使其在固體或聚集態(tài)下呈現(xiàn)強烈的發(fā)光。同時，它們的AIE特性可以通過在聚集態(tài)下形成J-聚集體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增強。由于熱激子機(jī)制和AIE特性，研究獲得了最高12.2%的外量子效率，這是基于熱激子機(jī)制和AIE特性的深紅色OLEDs中性能最高的(圖3)。
為了進(jìn)一步闡明通過hRISC過程和三重-三重湮滅(TTA)部分在電致發(fā)光器件中的熱激子松弛過程，研究使用100微秒的電脈沖寬度對基于T-IPD和DP-IPD的非摻雜器件進(jìn)行瞬態(tài)電致發(fā)光(TREL)測量。TREL衰減呈現(xiàn)出兩個明顯的成分——快速EL衰減和延遲EL衰減。在電壓脈沖停止后，快速EL衰減源于幾納秒內(nèi)的單激子發(fā)射，而延遲EL衰減則是長壽命三重子激子參與發(fā)射過程的結(jié)果。然而，實驗結(jié)果表明，在HLCT系統(tǒng)中，hRISC過程在幾納秒內(nèi)迅速發(fā)生，導(dǎo)致快速EL衰減而非延遲EL衰減。
此外，科研人員觀察到延遲EL衰減(Idelayed)很好地符合TTA模型，這是由于T-IPD和DP-IPD的低T1能級所致，遵循雙分子上轉(zhuǎn)換發(fā)射公式，即
基于T-IPD和DP-IPD的非摻雜OLEDs的延遲衰減成分的比例僅為4.0%和5.6%，表明TTA上轉(zhuǎn)換受限，主要是由于低T1激子密度。這種延遲衰減成分的低比例不足以解釋其顯著的高效率，進(jìn)一步驗證了T-IPD和DP-IPD的熱激子機(jī)制。
相關(guān)研究成果以Hot Exciton Mechanism and AIE Effect Boost the Performance of Deep-Red Emitters in Non-doped OLEDs為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上。研究工作得到國家杰出青年科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金、寧波市重點科技項目等的支持。
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