自由基OLED研究现新进展,发光效率大大提高

为了提高显示器的亮度、对比度和分辨率,同时降低生产成本和能源使用,科学家开发了几种类型的LED,包括OLED、基于量子点的LED(QLED)、基于钙钛矿的LED和Micro LED。日前,发表在《自然杂志》上的一项新研究表明,使用自由基的OLED出现新进展。

图片来源:Nature

11月22日,《Nature》杂志刊发了吉林大学化学学院、超分子结构与材料国家重点实验室李峰教授研究团队和剑桥大学卡文迪许实验室(Cavendish Laboratory)Richard H. Friend教授研究团队合作论文“高效双线态自由基发光二极管”。

李峰教授研究团队以TTM自由基作为核心,以PCz和NCz两个咔唑衍生物作为给体(Donor),得到了两个高效的电荷转移态(CT)红光自由基TTM-3NCz、TTM-3PCz(如图1所示)。这种Donor-Radical结构的分子设计大幅提高了发光自由基分子的稳定性以及发光效率,两个分子甲苯溶液中的光致发光效率分别达到49%和46%,其掺杂薄膜的光致发光效率分别达到90%和61%。

图1 自由基TTM、TTM-3NCz和TTM-3PCz的分子结构 (来源:吉林大学化学学院)

在吉林大学培英计划的支持下,通过与剑桥大学Richard H. Friend教授研究团队合作,以TTM-3NCz、TTM-3PCz掺杂薄膜为发光层制备的OLED最大EQE分别达到27%和17%(如图2所示),其中27%的EQE已接近100%IQE的理论极限值,是目前为止已报道的深红光/近红外光发光二极管(LED)中的最高值。同时,瞬态光谱和理论计算结果表明:器件的发光来自于自由基双线态激子SOMO→HOMO的跃迁。该研究成果是OLED研究领域的重大突破,展现了发光自由基在有机光电领域的应用前景,为OLED的研究开辟了新的方向。

图2 基于TTM-3NCz、TTM-3PCz的OLED的能级结构以及EQE曲线(来源:吉林大学化学学院)

Tetsuro Kusamoto和Hiroshi Nishihara解释说,有机自由基只有奇数个电子,因此具有高反应性和化学不稳定性。但是,通过改变分子结构,一些自由基在空气下会变得足够稳定。自2006年以来,研究已经证明了自由基发光稳定以及将它们用于照明材料和器件的可能性。

他们的评论指出,目前,基于自由基的OLED只在有限的颜色范围内发光,因为只报道了少量稳定的发光自由基。而且,发光自由基的电子特性使得它们难以发处蓝色(高能量)光。评论表示,未来的研究可以集中在如何调整有机自由基来产生多种颜色。由于最近开发了基于自由基的OLED,因此有进一步改进的潜力。(编译:LEDinside James)

 

 

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