清华大学Adv. Mater. ：高亮度下实现高功率效率的超高效绿色PHOLEDs

【引言】

有机发光二极管(OLEDs)在防眩光源和显示屏领域的应用近来发展势头迅猛。鉴于每平方米大面积照明的生产成本以及高分辨率显示器有限的开口率， OLEDs的亮度水平需高于5000 cd·m^-2。从节能角度来看，如何在高亮度下仍能保持高的器件效率，特别是功率效率(PE)，这一问题亟待解决。欲实现较高的PE，提升外量子效率(EQE)的同时也需降低操作电压。到目前为止，在抑制效率衰减的前提下，磷光有机发光两极管(PHOLEDs)的EQEs最高已经达到30%以上。此后实现高PE的关键问题已经转为如何降低驱动电压。降低PHOLEDs电压的有效策略之一是利用热激活延迟荧光(TADF)材料作为主体。此外，除主体材料外，电荷传输材料——特别是电子传输材料(ETMs)，也是降低器件电压的关键。

【成果简介】

近日，清华大学段炼教授(通讯作者)等制备了在亮度高于5000 cd·m^-2下具有极低电压的超高效绿色磷光有机发光两极管(PHOLEDs)，并在Adv. Mater.上发表了题为“Ultrahigh-Efficiency Green PHOLEDs with a Voltage under 3 V and a Power Efficiency of Nearly 110 lm·W^-1 at Luminance of 10 000 cd·m^-2”的研究论文。该PHOLED以热激活延迟荧光材料作为主体材料，一种新型蒽/吡啶衍生物作为电子传输材料(ETM)。ETM的吡啶单元不仅促进了电荷的注入，而且还提高了电子传输流动性，应归因于由分子间氢键引起的分子紧密堆积。对该绿色PHOLEDs进行优化，在5000 cd·m^-2 10000 cd·m^-2下，驱动电压分别为2.76和2.92 V，EQEs/PEs分别为28.0%/102 lm·W^-1和27.9%/97 lm·W^-1。此外，对器件进一步优化，在电压3V以及10000 cd·m^-2下PE可达到109 lm·W^-1。在所有已报道的绿色OLEDs中，该PHOLED已达到前所未有的高水平，为其走向实际应用铺平了道路。

【图文简介】

图1 ETM材料——DPPyA的合成与结构

(a) DPPyA的合成路线；

(b) DPPyA的单晶结构；

(c) DPPyA的分子堆积结构。

图2  DPPyA的分子轨道与电化学性质

(a) DPPyA的HOMO和LUMO分布；

(b) DPPyA三线态密度和电子密度分布；

(c) DPPyA在氯仿溶液中的吸收和发射光谱；

(d) DPPyA的线扫曲线；

(e) DPPyA 薄膜电荷迁移率对电场作图。

 图3  PHOLEDs的亮度性能

(a) PHOLEDs的能级图；

(b) PHOLEDs的电流密度-电压-亮度曲线；

(c) PHOLEDs的EQE -亮度曲线；

(d) PHOLEDs的PE -亮度曲线。

图4 聚合物传统OFET的传输测试

(a) PHOLEDs的能级图；

(b) PHOLEDs的电流密度-电压-亮度曲线；

(c) PHOLEDs的EQE -亮度-PE曲线。

【小结】

该研究使用了一种具有良好的电子注入及传输能力的蒽/吡啶作为ETM材料，以TADF材料作为主体材料，大大提高了PHOLEDs的PE。对该绿色PHOLEDs进行优化，在5000 cd·m^-2 10000 cd·m^-2下，驱动电压分别为2.76和2.92 V。对器件进一步优化，在电压3V以及10000 cd·m^-2下PE可达到109 lm·W^-1，已突破已有文献报道的纪录。该工作显示出对ETM和器件结构进行优化这一策略的重要性，为其走向实际应用铺平了道路。

文献链接： Ultrahigh-Efficiency Green PHOLEDs with a Voltage under 3 V and a Power Efficiency of Nearly 110 lm·W^-1 at Luminance of 10 000 cd·m^-2. (Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201702847)

本文由材料人编辑部肖杰编译，丁菲菲审核，点我加入材料人编辑部。

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