吉林大学路萍团队Nano Energy：超高显色指数的高性能非掺杂蓝色OLEDs和混合纯白色OLEDs的新型蓝色荧光材料

【引言】

高效有机发光二极管（OLEDs）具有响应速度快、柔性显示潜力、节能、无背光等优点，在过去的几十年里得到了广泛的关注和发展。尽管近年来高性能OLEDs的研究取得了很大的进展，但在实际应用中仍存在很大的局限性。特别是在器件效率和稳定性方面，蓝色材料的性能还远远不能满足商品化的需要。近年来，大量高效的磷光材料和热激活延迟荧光（TADF）蓝色发光材料可以捕获所有的三重态激子，实现高的外量子效率（EQE）。然而，一系列挑战和关键问题仍未解决。例如，对于磷光材料和TADF材料来说，由于它们的工作机理，很难获得满足实际应用要求的高亮度、高稳定性的高效纯蓝发射。此外，它们必须被掺杂到适当的高三重能级的主材料中，以避免由于浓度引起的发射猝灭和激子湮灭，这需要复杂的OLEDs制造过程，并增加商业成本。尽管如此，它们的设备效率仍然受到在相对高亮度下快速降低的影响。因此，具有平衡电荷注入和输运特性的高质量纯蓝色发光体可以应用于简单的无掺杂器件中，并在高发光率下达到高效率是非常必要的。另一方面，蓝色发射器不仅可以作为激发源，通过能量传递过程产生各种颜色的光，包括绿色、红色和白色，还可以在全彩应用中增加色域，降低功耗。为了满足下一代平板照明和红/绿/蓝/白电视（RGBW-TV）的标准，高显色指数（CRI）的白色OLEDs（WOLEDs）是住宅、博物馆、美术馆和其他商业场所照明应用的重点。在简化器件中同时实现高效率、高CRI、优异的色彩稳定性和低效率滚降仍然是一个巨大的挑战。到目前为止，作为发射体来实现高效无掺杂蓝色OLEDs的纯蓝色发光剂，同时作为构建高CRI的高性能WOLEDs的主要器件的纯蓝色发光剂还很少见。

【成果简介】

近日，在吉林大学路萍教授团队（通讯作者）带领下，设计并合成了由三苯胺/苯并咪唑和不对称结构的四苯基乙烯取代蒽组成的两个蓝色发光体，TPAATPE和PPIATPE。使用TPAATPE作为发射器的非掺杂OLEDs表现出纯蓝色发射，其最大外部量子效率（EQE）为6.97％，国际照明委员会坐标为（0.15，0.16）。以TPAATPE为蓝色发射元件，结合热激活延迟荧光（TADF）分子PTZMes₂B（作为绿色发射器和磷光体调节长波发射的主体），成功制备了一系列高效的混合型白色OLEDs。其中，双色白色OLEDs呈现出对眼睛友好的暖白光，最大前视EQE为25.2%。特别是，三色白色OLEDs实现了纯白色发射，其CIE坐标为（0.34，0.38），最大前视EQE为25.3％，超高的CRI为92。所有非掺杂蓝色OLEDs和混合白色OLEDs均表现出非常低的效率滚降，具有出色的色彩稳定性。目前，这些结果是迄今为止报道的白色OLEDs的最佳结果之一。相关成果以题为“Novel Blue Fluorescent Materials for High-Performance Nondoped Blue OLEDs and Hybrid Pure White OLEDs with Ultrahigh Color Rendering Index”发表在了Nano Energy上。

【图文导读】

图1TPAATPE和PPIATPE的光谱表征

（a,b）TPAATPE和PPIATPE在稀释THF溶液（a）和纯薄膜（b）中的紫外-可见吸收光谱和PL光谱。

图2TPAATPE和PPIATPE的DFT计算

TPAATPE和PPIATPE前沿分子轨道的构象、空间分布和能级。

图3蓝色OLEDs器件的性能表征

（a）B1和B2器件所用材料的能级图和分子结构。

（b）B1和B2器件的EQEs和归一化EL光谱。

（c）电流密度-电压-亮度特性。

（d）电流效率和功率效率与亮度曲线。

图4 混合WOLEDs器件的性能表征

（a）混合WOLED的器件结构和相应的厚度，以及发射器的分子结构。

（b）器件W1-W5的EQE和归一化的EL光谱。

（c）电流密度-电压-亮度特性。

（d）电流效率和功率效率与亮度曲线。

图5三色WOLEDs的器件的性能表征

（a）三色WOLED中的能量转移机理和发射体分子结构示意图。

（b）W6器件的EQE和归一化EL光谱。插图：白色发射的照片。

（c）电流密度-电压-亮度特性。

（d）电流效率和功率效率与亮度曲线。

【小结】

总之，团队设计并合成了两种由三苯胺/苯并菲咪唑和TPE取代的蒽组成的新型AIE型蓝色发光体。这些化合物在纯净薄膜中表现出良好的热稳定性，出色的电荷传输能力和高的PLQYs。基于TPAATPE的非掺杂器件显示稳定的纯蓝光，其CIE坐标为（0.15，0.16），最大EQE为6.97%。另外，采用TPAATPE作为蓝色发光元件，TADF分子PTZMes₂B作为绿色发光体和长波长荧光粉的主体，得到了两种高效的混合WOLEDs。双色装置显示友好的暖白光，最大前视CE、PE和EQE分别为69.0 cd A^-1、69.5 lm W^-1和25.2%。此外，利用主体PTZMes₂B与客体Ir(piq)₃之间的不完全能量传递，制备了三色WOLEDs并实现了纯白色发射，CIE坐标为（0.34，0.38），最大前视EQE值为25.3%，超高显色指数为92。此外，所有蓝色和白色的OLEDs都表现出较低的效率衰减和出色的色彩稳定性。这些结果系统地论证了高效纯蓝色发光剂是开发高性能混合WOLEDs的有前途的候选材料，对显示和照明等未来的实际应用具有重要价值。

文献链接：Novel Blue Fluorescent Materials for High-Performance Nondoped Blue OLEDs and Hybrid Pure White OLEDs with Ultrahigh Color Rendering Index（Nano Energy， 2019，DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104325）

本文由木文韬供稿。

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