国产OLED材料新突破 | 华南理工唐本忠院士团队研发天蓝光OLED，外量子效率提高至38%！

编辑：chinafpt 2021-11-30 10:23:04 浏览：6308 来源：

　　近日，华南理工大学唐本忠院士团队的赵祖金教授和团队，研发出一类高性能天蓝光 OLED 材料，在论文正式发表前已经申请专利，以便后续落地到产业中。

　　10 月 20 日，相关论文以《优化水平偶极取向以提高天蓝色延迟荧光分子的外量子效率至38.6%》（Boosting external quantum efficiency to 38.6% of sky-blue delayed fluorescence molecules by optimizing horizontal dipole orientation）为题，发表在 Science Advances 上[1]。

　　图 | 相关论文（来源：Science Advances）

　　赵祖金表示，这些高性能发光材料具有典型的聚集诱导发光（AIE）特性，相关光物理机制与 AIE 理论密切相关，此次成果给 AIE 研究领域再添一笔，也意味着 AIE 材料在光电器件应用方面取得了新的突破。

　　利用分子水平偶极取向工程，提升 OLED 光取出效率

　　为了实现高电致发光效率，科学家们努力提高发光分子的光致发光量子产率和激子利用率，而光取出效率的提升在分子设计中受到的关注相对较少。在该研究中，该团队通过分子的水平偶极取向工程，成功地提高了材料的光取出效率，最终使器件外量子效率有极大的提升。

　　如何在材料设计上继续提升光取出效率，是该研究的难点。借此他们开发出一系列以吸电子基团羰基为核心的分子，同时引入螺吖啶和咔唑衍生物两种给电子基团，来提升分子水平偶极取向的比率，从而提高分子的光取出效率。

　　图 | 研究中所设计的分子化学结构与几何构型示意图（来源：Science Advances）

　　这些分子具有很强的天蓝色延迟荧光，并表现出优异的光致发光量子产率、大的水平偶极取向比率和平衡的双极载流子传输等突出优点。

　　图 | 定制分子的光物理性质（来源：Science Advances）

　　在非掺杂和掺杂的天蓝光 OLED 中可分别实现高达 26.1% 和 38.6% 的外量子效率，是目前文献中所报道的最高值。

　　（来源：Science Advances）

　　此外，该研究还实现了性能最好的非掺杂杂化白光 OLED 和全荧光单发射层白光 OLED，表明这些分子在 OLED 产业中具有巨大的应用潜力。

　　图 | 天蓝光 OLEDs 的器件性能（来源：Science Advances）

　　据悉，蓝光材料是发光材料领域的难点问题，相关材料的性能并不是很好，该研究所报道的天蓝光材料，很大程度上解决了目前蓝光材料选择匮乏、且性能不好的难题，为发光材料的设计提供了新方法。

　　此外，利用理论计算方法，该研究揭示了所构建分子实现高性能 OLED 的机理。

　　在这些分子中，羰基和螺吖啶通过苯基桥形成一个扭曲的 D-A 分子骨架，主导天蓝色延迟荧光的产生。由于 n-π* 跃迁的存在，羰基核有利于增强自旋轨道耦合效应（SOC，spin-orbit coupling）和反向系间窜越（RISC, reverse intersystem crossing）过程，从而促进延迟荧光的产生，提高激子利用率。

　　图 | 一系列定制发光分子的理论计算（来源：Science Advances）

　　此外，在这些分子中，分布于羰基核上的n轨道使得由 n-π* 跃迁控制的 T1态，比由 π-π* 跃迁主导的 S1 态对基质极性的变化更敏感；且 n-π* 和 π-π*跃迁在大极性环境中激发态和基态能极差的变化相反，一个增大一个减小。

　　因此，在发光分子 S1 态的极性 > DPEPO（二苯基-4-三苯基甲硅烷基苯基氧，Bis[2-(diphenylphosphino)phenyl]ether oxide）主体材料的极性 > T1 态的极性的前提下，与非掺膜相比，发光分子在 DPEPO 主体中的 T1 能级的增量大于 S1，导致 ΔEST 值（S1与T1态的能量差值）降低。这种与 S1 态和 T1 态的极性，以及跃迁类型相关的主体材料调节效应，可用于有效地调节 ΔEST 值和延迟荧光特性。