超高清显示对有机发光二极管(OLED)的性能提出了越来越高的要求。近年来,多重共振型热活化延迟荧光(MR-TADF)材料因高效的窄带发射特性而得到发展,在实现高效率高色纯度OLED方面具有潜力。然而,MR-TADF分子通常表现出较长的激子寿命,使其器件特别是蓝光OLED的稳定性面临挑战。快速高效的激子利用是实现稳定高效蓝光器件的关键解决方案。为此,研究人员使用较短激子寿命的磷光材料和TADF材料作为MR-TADF材料的敏化剂,即采用磷光敏化荧光(PSF)和TADF敏化荧光(TSF)策略,提升了MR-TADF器件性能。而在PSF和TSF机制中,激子利用的效率和速率受到自旋统计和跃迁禁阻的限制。

近日,中国科学院福建物质结构研究所卢灿忠团队以d-f跃迁的双线态发光稀土配合物作为敏化剂,提出并实施了蓝光OLED敏化新策略——双线态敏化荧光(DSF)。由于双线态激子生成不受限于自旋统计,且双线态辐射跃迁和能量转移没有自旋跃迁禁阻的限制,该策略实现了激子的高效且快速利用,从而获得了高性能深蓝光OLED。

该研究以双线态发射的稀土配合物Ce-2为敏化剂,以MR-TADF材料ν-DABNA为终端发射材料,制备了DSF-OLED。实验显示,DSF-OLED发光层中Ce(III)捕获空穴氧化为Ce(IV),进而与注入的电子结合形成双线态的Ce(III)*。Ce(III)配合物独特的空穴捕获和电子传输能力,保证发光层形成双线态激子,再通过Förster能量传递(FRET)将能量转移至客体分子。由于规避了涉及三线态的慢激子动力学过程,DSF系统实现了极快的FRET,且FRET效率达93.5%。由于具有较高的激子利用率和较短的激子停留时间,DSF-OLED实现了高效的深蓝光发射,最大外量子效率为30.0%,相比于敏化前的器件效率(9.5%)提升了两倍多,最大亮度从3742 cd m⁻²增加到23860 cd m⁻²,在1000 cd m⁻²的亮度下CIE色坐标为(0.13,0.14),效率滚降仅为14.7%。与传统的PSF-OLED和TSF-OLED相比,DSF-OLED的效率、色纯度、效率滚降等综合性能指标具有优势。同时,相较于同等条件下制备和表征的非敏化器件,DSF-OLED运行寿命有显著提升。

DSF策略在实现高效、稳定、高色纯度的蓝光OLED方面具有潜力,有望在实现超高清OLED显示中发挥作用。

相关研究成果以Efficient deep-blue organic light-emitting diodes employing doublet sensitization为题,在线发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。该工作由福建物构所、北京大学、中国科学院长春应用化学研究所合作完成。研究工作得到国家自然科学基金、厦门市科技计划项目、闽都创新实验室基金等的支持。

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