高性能AIE-TADF-磷光混合型白光有机电致发光器件的研究

Hybrid fluorescent and phosphorescent structure is employed as one of the most effective way to fabricate high performance white organic light-emitting devices (OLEDs), because it is still difficult to solve the lifetime problem of blue phosphorescent materials. However, common fluorescent materials can only use 25% singlet excitons for light emission, restricting the luminous efficiency. Like the phosphorescent materials, thermally activated delayed fluorescence (TADF) materials can use 100% excitons for light emission, which are classified as the third generation OLED emitting materials after fluorescent and phosphorescent materials. The TADF materials are promising to solve the problems of blue emitting materials and rare metals. However, normal TADF materials also exhibit aggregation-caused quenching (ACQ) effect as common organic emitting materials, which need complicated doping technology to make devices. In our previous work, TADF materials which show aggregation-induced emission (AIE) were successfully realized, and this kind of materials are resistant to the ACQ, and enable high performance OLEDs without employing the doping technology. This project starts with the photophysical properties of the AIE-TADF materials, and make high performance white OLEDs by combining the AIE-TADF and ultrathin un-doped phosphorescent materials, by taking advantages of their own merits. This project is expected to solve the problems including the shortage of blue emitting materials and complicated doping technology, which hinder the development of OLED market.

由于蓝色磷光材料尚难解决寿命问题，构建荧光-磷光混合型结构是实现白光OLED器件的主要途径之一。普通荧光材料只能利用25%的单线态激子，发光效率受到制约。热激活延迟荧光材料（TADF）和磷光材料一样，也能够利用100%的激子，被认为是继荧光和磷光后的第三代发光材料，可望解决蓝光材料和贵金属问题。但是一般TADF材料与普通发光材料一样具有聚集导致发光猝灭(ACQ)问题，仍需掺杂工艺进行器件制备。本课题组在前期的研究中开发出具有聚集诱导发光（AIE）特性的TADF材料，它是一种反ACQ的TADF材料，无需掺杂工艺就可制备高效器件。本项目拟从AIE-TADF蓝光材料的光物理性能入手，把AIE-TADF材料与非掺杂超薄层结构的高效磷光材料结合，充分发挥这两类材料各自的优势，制备高性能AIE-TADF-磷光混合型白光OLED器件。本项目有望于解决阻碍OLED市场化发展的蓝光材料和掺杂工艺问题。

热激活延迟荧光（TADF）材料由于具有100%的理论激子利用率、纯有机、低成本，特别是能够实现磷光材料无法实现的高效、长寿命蓝光问题，因此，被认为是继荧光、磷光后的第三代OLED发光材料。然而，普通TADF发光材料需要采用复杂的掺杂工艺进行器件制备。采用我们课题组首次报道了同时具有AIE和TADF两种性能的高效AIE-TADF发光材料，有望克服常规掺杂工艺带来的一系列问题，实现器件制备更加简单、高效、低成本。本项目首先将TADF材料与非掺杂超薄层结构的高效磷光材料结合，充分发挥这两类材料各自的优势，获得了高性能TADF-磷光混合型白光OLED器件。项目研究不但按计划完成，更重要的是，本项目还设计开发了更多高效AIE-TADF发光材料，例如黄光OPDPO和绿光4,4-CzSPz，这两种材料在掺杂和非掺杂结构下，都可获得高效OLED器件，其中OPDPO掺杂器件获得最大亮度为32590 cd m-2和最大外量子效率（EQE）26.7%，非掺杂器件最大EQE为16.6%；4,4-CzSPz的掺杂和非掺杂器件分别获得最大EQE为26.2%和20.7%。我们提出空间位阻效应设计策略，得到的2Cz-DPS发光材料，其非掺杂器件可获得最大EQE为28.7%，是目前报道的最高值，证明了我们的设计策略为开发高效TADF材料提供了一个非常有效的方法。在开发OLED发光材料的过程中，我们发现一些新的现象，并开展了多个新的研究方向。我们设计合成的HLCT材料，也同时具有AIE特性，并用其制备了高效的橙红光OLED器件，EL波峰为608nm，最大EQE达到18.1%，证明了HLCT确实是一类高效发光材料。我们采用以上AIE类、AIE-TADF类和HLCT类发光材料，制备了非掺杂的全荧光白光OLED器件，其最大EQE可达到23.0%。另外，我们还发现了有机材料的有机长余辉，特别是双光子长余辉现象，这些材料在防伪和生物成像等方面具有重要的应用前景。在本项目的资助下，我们课题组逐渐形成有自己的研究特色。到目前为止，已经发表标注资助的SCI论文23篇，其中中科院一区SCI论文16篇，高被引论文2篇。这23篇论文被引用781次。