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基于蒽核的高性能深蓝光“热激子”材料.pdf

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资源描述

1、第 44 卷 第 7 期2023年 7 月Vol.44 No.7July,2023发光学报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCE基于蒽核的高性能深蓝光“热激子”材料许雷1,俞越1,2*,潘玉钰3,王博涵1,应磊1,2*,马於光1*(1.华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室,广东 广州510640;2.东莞伏安光电科技有限公司,广东 广州510006;3.沈阳工业大学 石油化工学院,辽宁 辽阳111003)摘要:蓝光 OLED 材料是电致发光领域的关键和难点。基于高能激发态转换的“热激子”材料表现出优异蓝光材料的潜能。本文通过调节给受体的推拉电子能力,以蒽为核心构筑

2、单元、三苯基苯为弱给体、苯氰基为受体,设计合成了一种新型 DA结构分子 TACN。扭曲的三苯基苯提供了高度扭曲的分子构象,有效减弱了聚集态下的猝灭效应,因此 TACN 表现出高的荧光量子产率(聚集态下 47%)。实验结果和理论分析表明,TACN具备“热激子”特征,其大的 T2T1能隙(1.45 eV)有效阻碍了从 T2到 T1的内转换(IC)过程,而小的 T2S1能差(0.18 eV,T2 S1)有利于促进反向系间窜越(RISC)过程。基于 TACN 的非掺杂器件表现出深蓝色发射(max=444 nm),半峰宽(FWHM)为 59 nm,色坐标为(0.17,0.13)。其最大外量子效率(EQE

3、max)为 8.3%,相应的激子利用率(EUE)最高为 88.7%。关键词:有机发光二极管;热激子;蓝光材料;蒽;反向系间窜越中图分类号:O482.31 文献标识码:A DOI:10.37188/CJL.20230137High-performance Deep Blue“Hot Exciton”Materials Based on AnthraceneXU Lei1,YU Yue1,2*,PAN Yuyu3,WANG Bohan1,YING Lei1,2*,MA Yuguang1*(1.State Key Laboratory of Luminescent Materials and Dev

4、ices,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China;2.Dongguan Volt-Amp Optoelectronics Technology Co.,Ltd.,Guangzhou 510006,China;3.School of Petrochemical Engineering,Shenyang University of Technology,Liaoyang 111003,China)*Corresponding Authors,E-mail:;Abstract:The blue OLED material

5、 plays a vital role in the field of electroluminescence.Based on high-energy excited state transition,the“hot exciton”materials show the potential of excellent blue light emitting.We designed and synthesized a novel D-A structure molecule TACN using anthracene as the core building unit,triphenylbenz

6、ene as the weak donor and phenylcyanogen as the acceptor by adjusting the ability of pushing and pulling electrons.Distorted triphenylbenzene provides a highly distorted molecular conformation,which effectively attenuates the quenching effect in the aggregated state.Therefore,TACN exhibits a high fl

7、uorescence quantum yield(47%in the aggregated state).The experimental results and theoretical analysis show that TACN has the“hot exciton”characteristic,and its large T2-T1 gap(1.45 eV)effectively hinders the internal conversion(IC)process from T2 to T1,while its small T2-S1 energy difference(0.18 e

8、V,T2 S1)facilitates the reverse intersystem crossing(RISC)process.Non-doped devices based on TACN exhibit dark blue emission(max=444 nm),full width at half maximum(FWHM)of 59 nm,and color coordinates of(0.17,0.13).Its maximum external quantum efficiency(EQEmax)is 8.3%and corresponding exciton utiliz

9、ation(EUE)is up to 88.7%.文章编号:1000-7032(2023)07-1300-08收稿日期:20230526;修订日期:20230610基金项目:国家重点研发计划(2020YFA0714604);国家自然科学基金(U20A6002,91833304,51521002);广东省基础与应用基础研究重点项目(2019B030302007);广州市科技计划研究与发展基金(202007020004);广东省自然科学基金(2019B121205002);广东省分子聚集体发光重点实验室(2019B030301003)Supported by National Key R&D Pr

10、ogram of China(2020YFA0714604);National Natural Science Foundation of China(U20A6002,91833304,51521002);The Basic and Applied Basic Research Major Program of Guangdong Province(2019B030302007);Research and Development Funds for Science and Technology Program of Guangzhou(202007020004);Natural Scienc

11、e Foundation of Guangdong Province(2019B121205002);Guangdong Provincial Key Laboratory of Luminescence from Molecular Aggregates(2019B030301003)第 7 期许雷,等:基于蒽核的高性能深蓝光“热激子”材料Key words:organic light emitting diodes;hot exciton;blue emitter;anthracene;reverse intersystem crossing1引言有机电致发光二极管(Organic lig

12、ht-emitting diodes,OLED)具有主动发光、驱动电压低、响应速度快、可实现柔性显示等优势,历经 30 余年的发展已在全球范围内获得广泛应用1-5。其中,发光材料是 OLED 显示技术的核心,具有最高的技术壁垒。目前,红光和绿光材料的研究已经趋于成熟,而蓝光/深蓝光材料的研究则相对滞后。高性能的蓝光尤其是深蓝光材料不仅有利于实现更宽广的色域,还能有效降低显示和照明设备的功耗6-7,是该领域发展的关键材料。但同时由于带隙较宽,高效蓝光材料的设计与开发受不平衡的载流子注入和传输、光色和高的器件效率难以同时获得等问题制约,已然成为 OLED 领域发展的难点8-10。OLED 材料效率

13、突破的核心在于三线态激子的利用。受限于自旋统计,传统 OLED 中 75%的激发态为不发光的三线态,仅利用单线态激子的器件效率较低,EQE 限制在 5%11-12。磷光材料利用贵金属的自旋-轨道耦合效应将不发光的三线态转变成可发光的激发态13,已成为目前 OLED 产线主要使用的材料体系。继磷光材料之后,为了降低成本,国际上陆续提出了利用纯有机荧光分子提高激子利用率,获得廉价、高效率材料的思路。比如三线态-三线态湮灭(TTA)14-15、热活化延迟荧光(TADF)16-18和热激子原理19-22。其中,本课题组提出的热激子机制可以利用高能三线态向单线态的反向系间窜越通道实现电致发光中三线态激子

14、的 100%利用。由于热激子机制强调在分子激发态中布居高能级激子转化通道,并提出利用高能级 CT 态激子弱的束缚能来实现 RISC 过程,而在低能级的局域态(Locally excited,LE)辐射跃迁不受影响,从而实现激子辐射和激子转化分离。这种设计避免了强的分子内电荷转移态(CT)的形成而导致光色红移,因此在蓝光分子的色度调控方面有着天然优势。另一方面,高能三线态激子快速的反向系间窜越速度也可以避免在高电流密度下因累积导致的效率滚降。同时,这一设计策略使非掺杂器件也能够实现高的电致发光效率,还可以简化器件制造工艺从而降低成本。蒽核由于具有典型的热激子能级排布特征,常常被用来构筑高性能的蓝

15、光热激子材料。此前,我们基于蒽核,以菲并咪唑为受体、苯咔唑为给体,构筑了一种蓝光热激子材料 PAC,电致发光光谱峰位为 458 nm,并且实现了高的器件效率。本文以蒽为核心,通过调节给受体(三苯基苯为给体,苯氰基为受体),设计并合成了一种新的发光分 子 TACN。TACN 的 非 掺 杂 器 件 表 现 出 相 比PAC 更蓝的发射,基于 TACN 制备的非掺杂器件电致发光光谱峰位为 444 nm,半峰宽(FWHM)为59 nm,CIE 坐标为(0.17,0.13)。并且最大外量子效率为 8.34%,激子利用率(EUE)为 88.7%。实验和理论研究表明,高的器件效率归因于分子的高能热激子通道

16、。2实验2.1样品制备TACN 由东莞伏安光电科技有限公司合成,为升华样品,测试时未作进一步提纯,分子的1H NMR 光谱如图 1 所示。分子结构也如图 1 所示。电致发光器件采用真空蒸镀法制备,制备器件时,蒸镀仓压力低于 210-4 Pa。有机材料的沉积速率为 0.10.2 nm/s,氟化锂和铝的沉积速率分别为0.01 nm/s 和 0.40.5 nm/s。2.2样品表征所有用于表征的溶剂和材料均是商业化材料,使用时未进一步提纯。1H NMR 和13C NMR 光谱使用 Bruker NMR 光谱仪测量。紫外-可见吸收光谱和 PL光谱分别用 UV-3600分光光度计和 RF-5301PC 荧

17、光光谱仪测量。低温磷光光谱采用 1.897.94 7.88 7.82 7.76 7.70 7.64 7.58 7.527.46 7.40Chemical shift/10-6(ppm)4.101.002.044.002.002.032.094.076.11CN图 1TACN的1H NMR谱Fig.11H NMR spectrum of TACN1301第 44 卷发光学报HORIBA 的 FluoroMax-4 光谱仪测试。纯薄膜和掺杂薄膜样品为真空蒸镀法蒸镀在石英基底上。荧光量子产率采用绝对光致发光量子产率光谱仪(Quantaurus_QY C11347)测试。瞬态 PL 衰减光谱 采 用

18、Hamamatsu Quantsurus_Tau C31167 荧 光寿命测试系统测试。热失重分析(TGA)在氮气吹扫 的 环 境 下 以 10/min 的 加 热 速 率 在 Netzsch TG 209设备上测试。差示扫描量热法(DSC)分析使用 Netzsch DSC-209仪器进行,加热和冷却速率为 10/min,氮气流速为 80 mL/min。材料的电化学性质在手套箱中采用循环伏安法(CV)测试,以 Bu4NPF6作为电解质溶解在乙腈和二氯甲烷溶液中,在上海振华 CHI760D 电化学工作站上以 50 mV/s的扫描速率进行。纳秒瞬态吸收光谱采用中国香港闪光光电公司 的 TranSp

19、ec-FE 光 谱 系 统 采 集,泵 浦 光 源 为OPOTEK 的 Opolette 355 LD纳秒激光器。探测光源为激光驱动的高稳定白光(EQ99X LDLS)。发光器件的电流密度-电压-亮度(I-V-L)曲线测试系统主要由 Keithley 2400 电压电流源表和 C200色度计组成。EL光谱通过 PR745测试采集。所有测试均在室温下完成。3结果与讨论3.1理论计算为了理解分子的构效关系,我们用 Gaussion 03 软件采用 B3LYP/6-31G(d)方法对 TACN 进行了密度泛函理论计算。TACN 的前线分子轨道如图 2 所示,最高占有分子轨道(HOMO)和最低未占有分

20、子轨道(LUMO)能级都分布在中心的蒽基团上,空间分布显示出明显的 LE特征。前线分子轨道的结果表明三苯基苯作为比较弱的给体基团并未在分子中引入强的电荷转移态。这种局域态特征有利于提供高辐射跃迁速率及蓝光色纯度。结合理论计算的结果,进一步采用 B3lyp 方法 计 算 了 T2和 S1能 级 的 自 旋 轨 道 耦 合 常 数(SOC)。TACN 的 S1和 T2的自旋轨道耦合常数为 0.056 cm-1。此前本课题组合成过两种具有热激子反向系间窜越通道的蓝光分子 PAC 和 mPAC,二者的 T2和 S1态之间的自旋轨道耦合常数分别为 0.095 cm-1和 0.045 cm-1,能级差分别

21、为 0.33 eV 和 0.18 eV。并且二者都具有有效的热激子通道和超过 50%的激子利用率。所以虽然自旋轨道耦合常数的数值不高,但 SOC 仍是高能反向系间窜越(hRISC)通道的重要推动力之一。3.2光物理性质进一步地,我们对 TACN 进行了基本的光物理表征。TACN 在四氢呋喃(THF)溶液和薄膜中的紫外-可见吸收和 PL光谱如图 3所示,最低吸收带在 360400 nm 范围内,归属为蒽基团的-*跃迁。从吸收光谱估算的 TACN 的光学带隙为2.97 eV。对于 PL光谱,TACN在 THF溶液中显示出发光峰位于 434 nm,光谱没有表现出精细振动结构。与溶液中的 PL 相比,

22、TACN 在薄膜中由于分子间相互作用发射峰红移到 454 nm,但仍位于深蓝色区域。详细的光物理数据总结在表 1中。TACN 在不同极性溶剂中的 PL光谱如图 4所示,TACN 的光谱在低极性溶剂中没有显示出精细振动结构,随着溶剂极性的增加发射峰从 427 CompoundsHOMOLUMOCN图 2TACN分子结构的前线分子轨道Fig.2Frontier molecular orbitals and structure of TACN400450500550600350300/nmUVsolutionUVfilmPLsolutionPLfilm1.00.80.60.40.20Intensit

23、y/a.u.图 3TACN 在甲苯溶液(10-5 mol/L)中和在薄膜状态下的吸收和发射光谱Fig.3UV-Vis absorption and PL spectra of TACN in the toluene solution(105 mol/L)and in a film1302第 7 期许雷,等:基于蒽核的高性能深蓝光“热激子”材料nm 红 移 到 435 nm。和 理 论 计 算 的 结 果 相 符,TACN 的激发态以局域态为主,只包含少量的电荷转移态组分。为了更好地理解激发态性质,我们测试了TACN在甲苯溶液和纯膜中的瞬态 PL衰减光谱。如图 5所示,在甲苯溶液和纯膜中,荧光寿

24、命的动力学曲线均表现出单一指数的衰减,在光致激发下并未观察到延迟的荧光衰减信号,荧光寿命分别为 3.13 ns 和 0.56 ns。另外,通过量子产率光谱仪,我们测得 TACN 在甲苯溶液和纯膜中的光致发光效率分别为 75%与 47%。由此可以计算出 TACN 的辐射跃迁速率为 2.4108 s-1 以及8.3108 s-1,快速的辐射跃迁速率有利于荧光发射。为了测定 S1(ES1)和 T1(ET1)的能级,我们测试了 TACN 分子在 77 K 下的甲苯溶液荧光和磷光光谱。所有的磷光光谱延迟时间皆为 10 ms。如图6(a)所示,根据荧光峰峰值,可以确定单线态能量为 2.97 eV(417

25、nm)。但是,即使是在 77 K 的低温下,我们还是未能在 TACN 溶液中观察到磷光发射,这表明 TACN 的单线态激子很难通过系间窜越(ISC)过程转移到 T1态。我们判断 TACN 的 ISC 过程跃迁禁阻的原因是由于其 ES1与 ET1的能差过大。因此进一步地,为了增加 TACN 在 T1态激子的浓度,我们采用了磷光敏化剂敏化的辅助方法,并且采用 PtOEP 作为磷光敏化剂。根据 PtOEP 的吸收,我们使用532 nm的激发光直接激发 PtOEP分子。PtOEP 敏化 TACN 混合溶液的低温磷光光谱如图 6(d)所示,可以观察到,除了 PtOEP 本身的磷光峰(643 nm)之外还

26、出现了发射峰位于 685 nm 的磷光发射,这一磷光峰可被归属为 TACN 分子本身 T1态的发射。表 1TACN的电化学和光物理性质Tab.1Electrochemical and photophysical properties of TACNCompoundTACNabs(a)/nm397/404em(b)/nm434/454(c)/%75/47Eg(d)/eV2.70HOMO/LUMO-5.57/-2.87(a)在四氢呋喃溶液和薄膜中的吸收光谱;(b)在四氢呋喃溶液和薄膜中的发射光谱;(c)在四氢呋喃溶液和薄膜中的光致发光效率;(d)电化学带隙。400450500550/nm1.00.

27、80.60.40.20Intensity/a.u.600650700750HexaneTriethylamineButyl etherIsopropyl etherEthyl etherEthyl acetateTetrahydrofuranDichloromethaneAcetoneAcetonitrile图 4TACN在不同极性溶剂中的发射光谱Fig.4Solvation effect spectra of TACN0t/ns100Counts/a.u.5010010-110-2TACN filmTACN in TOL图 5TACN在甲苯溶液和薄膜中的瞬态 PL 衰减光谱Fig.5Tran

28、sient PL decay spectra in TOL solution and in film400450500550/nmIntensity/a.u.600650700750TACN&PtOEPPhosPtOEPPhosTACNPhosTACNFL417 nm643 nm685 nm(a)(b)(c)(d)图 6(a)TACN溶液在 77 K下的荧光光谱;(b)TACN溶液的磷光光谱;(c)PtOEP 溶液的磷光光谱;(d)PtOEP敏化的 TACN 溶液在 77 K 下延迟 10 ms 的磷光光谱。TACN:103 mol/L;PtOEP:105 mol/L;甲苯;ex:532 nm

29、。Fig.6(a)Fluorescent spectrum of TACN solution at 77 K.(b)Phosphorescent spectrum of TACN solution.(c)Phosphorescent spectrum of PtOEP solution.(d)Phosphorescent spectrum of PtOEP-sensitized TACN solution.TACN:103 mol/L;PtOEP:105 mol/L;toluene;ex:532 nm.1303第 44 卷发光学报因此,T1态的能级可被测定为 1.81 eV。由此可得出 TAC

30、N 单三线态能级差达到了 1.16 eV。大的单三线态能级差阻断了 T1到 S1的 RISC过程,TADF机制很难在这一体系中发挥作用。3.3电致发光性能TACN 分子发光效率高,蓝光色度好,具备作为高性能蓝光 OLED 电致发光材料的潜力。热性质如图 7所示,5%热失重温度(Td)为 405,玻璃化转变温度为 142,具有良好的热稳定性。因此,我们制备了以 TACN 为发光层的非掺杂器件,器件结构为 ITO/PEDOT PSS(40 nm)/TCTA(40 nm)/TACN(20 nm)/TPBi(30 nm)/LiF(1 nm)/Al(120 nm)。其中,ITO 为透明阳极,PEDOT

31、PSS作为空穴注入层和空穴传输层,TCTA 作为空穴传输层和电子阻挡层,TPBi 作为电子传输层,TACN 的纯膜作为发光层,LiF和 Al分别作为电子阻挡层和阴极。器件的各项性能结果总结在表 2 中。如图 8所示,器件表现出深蓝色发射,EQEmax为 8.34%,半峰宽为 59 nm,CIE 坐标为(0.17,0.13)。相对较高的开启电压可能来自于作为空穴注入层的PEdot PSS 和作为空穴传输层的 TCTA 之间大的势垒(0.5 eV)。OLED 器 件 的 EQE(EQE)可 以 用 以 下 公 式计算23:EQE=PL r out,(1)其中 是电荷复合效率,PL是薄膜的 PLQY

32、,r是100200300T/7550250Weight/%400500600100150T/42Exothermic100405 142 图 7TACN的 TG和 DSC曲线Fig.7TG and DSC curves of TACN表 2TACN器件的性能结果Tab.2Device performance based on TACNDeviceTACNVturnon/V5.20CEmax/(cdA-1)9.15PEmax/(lmW-1)4.78EQE/%8.34Lmax/(cdm-2)5 148EL,max/nm444CIE0.17,0.13300200100Current density/

33、(mAcm-2)(a)56789V/V103102101Luminance/(cdm-2)Current densityLuminanceCurrent efficiency/(cdA-1)(b)100Luminance/(cdm-2)102101100EQE/%10010110-11011021031.00.8Normalized intensity(c)400500600700800/nm444 nm(d)10-1Current density/(mAcm-2)Luminance/(cdm-2)1021031010.40.200.66 V7 V8 V-2.70-2.87-2.31-6.20

34、-4.10LIF/Al900-5.57-5.70-5.2-4.80ITOPEDOT PSSTCTATACNTPBi100101102图 8(a)器件的电流密度-电压-亮度(J-V-L)曲线;(b)EQE-亮度-电流效率(CE)曲线;(c)器件在不同电压下的 EL 光谱,插图:器件结构;(d)器件的电流密度-亮度(J-L)曲线。Fig.8(a)Current density-voltage-luminance(J-V-L)curves of the device.(b)EQE-luminance-current efficiency(CE)characteristics.(c)EL spectr

35、a of device at different voltages.Insert:structure of the device.(d)Luminance-current density (L-J)curve of the device.1304第 7 期许雷,等:基于蒽核的高性能深蓝光“热激子”材料EUE(对于传统荧光材料为25%),out是光输出耦合常数(在未另加光耦合输出层的器件中主要取决于分子的取向程度)。假设光耦合输出常数为20%30%的条件下,器件的激子利用率可计算为 59.1%88.7%,这表明大量三重态激子参与了辐射跃迁过程。由于大的EST排除了TADF过程,这种高激子利用率可

36、能归因于TTA或热激子通道。一般来说,在以 TTA 机制为主导的非掺杂器件中,电流密度和亮度一般呈二次方关系。而在以 TACN 为发光层的非掺杂器件中,如图 8(d)所示,电流密度-电压曲线呈现出线性关系,因此可以认为在该器件中 TTA 过程并不占主导。结合之前的工作,可以认为从 T2到 S1的热激子反向系间窜越通道是器件的高性能的潜在发射机制。3.4高能三线态能级的测定构筑热激子分子需要满足两个条件。首先,需要大的 T2-T1能级差以阻断从 T2到 T1的内转换过 程,从 而 使 电 生 三 重 态 激 子 主 要 布 居 在 T2态24-25。其次,根据费米黄金法则,从 T2到 S1的RI

37、SC 过程的速率常数与 S1和 T2之间的能量差(ES1-T2)成反比,与 T2和 S1之间 SOC 的矩阵元素成正比,因此需要小的 T2-S1能级差来保证 T2态激子 可 以 通 过 反 向 系 间 窜 越 通 道 有 效 地 转 移 到S1态26-27。前 文 中 我 们 已 经 通 过 低 温 光 谱 计 算 了 S1(2.97 eV)和 T1(1.81 eV)的能级。进一步地,我们通过对 TACN 的纳秒瞬态吸收(ns-TA)光谱进行分析得到了 T-T吸收信号,计算了 T2态的能级。图 6所示的低温磷光光谱没有观察到磷光发射表明直接激发的 TACN 分子,激子在 T1能级上的布居数非常

38、的少。因此,我们利用 PtOEP 作为敏化剂来增加 TACN 的 T1态上分布的激子浓度。由于PtOEP 分子有强的 SOC 性质,其 ISC 过程非常有效,当激发 PtOEP分子时,获得的三线态激子可以通过 Dexter能量转移过程转移到 TACN 分子的 T1态来提高相应的激子数。如图 9(a)所示,对于 PtOEP 敏化的 TACN 溶液以及纯 PtOEP 溶液,在延迟 1 s时,可以在 865 nm 处观察到明显的激发态吸收(ESA)信号。然而,在延迟 5 s 和 10 s 后,PtOEP 溶液的信号消失,但 PtOEP 敏化的 TACN 溶液仍然有明显的信号,这一长寿命的吸收信号应该

39、归属为 TACN 分子的三线态吸收信号。为进一步理解这一过程,我们对吸收信号进行了动力学分析。首先对 865 nm 处的吸收衰减信号进行寿命拟合(图 9(b),结果发现,纯的 PtOEP 溶液的 ESA 信号只含有单一激发态组分,可用单指数衰减函数进行拟合,在 865 nm 处的寿命为 1.53 s。但是敏化的溶液的 ESA 衰减曲线在 865 nm 处表现出双指数衰减行为,其短寿命物种可归属为 PtOEP 敏化剂的信号,而长寿命物种则来自于 TACN 自身。因此,这种在 865 nm 左右的 T-T 吸收信号归因于 TACN 从 T1到 T2的三重态吸收,对应于 3.24 eV 的 T2能量

40、。计算得出 TACN的 ES1-T2值为 0.27 eV。TACN 的激发态能级及其反系间窜越过程如(a)ODTACN&PtOEPPtOEP600700800900/nm0.1 s0.2 s0.5 s1 s2 s5 s10 s0.1 s0.2 s0.5 s1 s2 s5 s10 s865 nm(b)ODTACN&PtOEP865 nmPtOEP 865 nm020000t/ns300001000011=0.64 s,2=43.11 s1=1.53 s图 9(a)PtOEP 敏 化 的 TACN 溶 液(TACN,103 mol/L;PtOEP,105 mol/L;甲苯;ex:532 nm)和纯

41、 PtOEP 溶液在 865 nm 处不同时间下的 TA 光谱;(b)PtOEP 敏化的 TACN 溶液(TACN,103 mol/L;PtOEP,105 mol/L;甲苯;ex:532 nm)和纯 PtOEP溶液在 865 nm处的三线态动力学衰减曲线。Fig.9(a)TA spectra of the TACN and PtOEP solution(TACN,103 mol/L;PtOEP,105 mol/L;toluene;ex:532 nm)and pristine PtOEP solution recorded at 865 nm at different time.(b)Tripl

42、et decay trace of the TACN and PtOEP solution and pristine PtOEP solution probed at 865 nm.1305第 44 卷发光学报图 10 所示。在电致发光过程中能量转移的过程可表述为在电激发下,电子和空穴复合首先形成高能级的 Sn和 Tn激子,然后 Sn和 Tn激子迅速通过内转换过程弛豫到更低能级的单线态和三线态。对于热激子材料,由于大的 T2和 T1能隙,三线态激子主要分布在 T2态。同时,由于非常小的 S1和T2能级差,T2激子可以有效地通过高能反向系间窜越通道转移到 S1态。利用这一过程就可以实现高的激子利

43、用率和优异的器件效率。4结论本文以蒽基团为核心,以三苯基苯为给体、苯氰基为受体,对位连接合成了一种新的高效率的深蓝色荧光分子,其非掺杂器件显示出深蓝色发射,最大外量子效率达到了 8.3%,激子利用效率约为 90%。通过对其高能激发态动力学过程的研究,进一步证实分子中存在的热激子通道是高的EUE 产生的主要原因。热激子机制高的蓝光色纯度和短的激发态寿命,都使其在设计高性能的深蓝光材料方面有着独特的优势。谨以此文表达对徐叙瑢先生的敬意与怀念!本文专家审稿意见及作者回复内容的下载地址:http:/ TANG C W,VANSLYKE S A.Organic electroluminescent di

44、odes J.Appl.Phys.Lett.,1987,51:913-915.2 HU Y X,MIAO J S,HUA T,et al.Efficient selenium-integrated TADF OLEDs with reduced roll-off J.Nat.Photonics,2022,16(11):803-810.3 SUN J,AHN H,KANG S,et al.Exceptionally stable blue phosphorescent organic light-emitting diodes J.Nat.Photonics,2022,16(3):212-218

45、.4 JANG H J,LEE J Y,BAEK G W,et al.Progress in the development of the display performance of AR,VR,QLED and OLED devices in recent years J.J.Inform.Display,2022,23(1):1-17.5 XU Y W,XU P,HU D H,et al.Recent progress in hot exciton materials for organic light-emitting diodes J.Chem.Soc.Rev.,2021,50(2)

46、:1030-1069.6 LIU X K,ZHENG C J,LO M F,et al.A multifunctional phosphine oxide-diphenylamine hybrid compound as a high performance deep-blue fluorescent emitter and green phosphorescent host J.Chem.Commun.,2014,50(16):2027-2029.7 OBOLDA A,PENG Q M,HE C Y,et al.Triplet-polaron-interaction-induced upco

47、nversion from triplet to singlet:a possible way to obtain highly efficient OLEDs J.Adv.Mater.,2016,28(23):4740-4746.8 MONKMAN A.Why do we still need a stable long lifetime deep blue OLED emitter?J.ACS.Appl.Mater.Interfaces,2022,14(18):20463-20467.9 LIU Y C,LI C S,REN Z J,et al.All-organic thermally

48、activated delayed fluorescence materials for organic light-emitting diodes J.Nat.Rev.Mater.,2018,3(4):18020-1-20.10 JEON S K,LEE H L,YOOK K S,et al.Recent progress of the lifetime of organic light-emitting diodes based on thermally activated delayed fluorescent material J.Adv.Mater.,2019,31(34):1803

49、524-1-20.11 BALDO M A,OBRIEN D F,THOMPSON M E,et al.Excitonic singlet-triplet ratio in a semiconducting organic thin film J.Phys.Rev.B,1999,60(20):14422-14428.12 CAO Y,PARKER I D,YU G,et al.Improved quantum efficiency for electroluminescence in semiconducting polymers J.Nature,1999,397(6718):414-417.13 MA Y G,ZHANG H Y,SHEN J C,et al.Electroluminescence from triplet metal-ligand charge-transfer excited state of 453210Excitation energy/eVTACNS0S1=2.97 eVhRISCT2=3.24 eVT1=1.81 eVIC图 10TACN的激发态能级及其反系间窜越过程Fig.10Energy level of TACN and its hRISC process1306第 7 期许雷,等:基于蒽核的高性能深蓝光“热激子”材料transition m

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