资讯
调控热活化延迟荧光OLED效率滚降的关键机制——反向系间窜越过程在激发态寿命控制中的“限速步效应”
在有机发光二极管（OLED）材料的研发领域，不含贵重金属元素同时兼具热活化延迟荧光特性（TADF）的纯有机化合物发光材料具有同时实现低成本、环境友好、高效率、以及化学结构稳定性的潜能。该类材料的研发成为当前有机电致发光领域的热点，也成为实现全有机高效率功能发光层最有潜力的研究方向之一。该类有机材料设计的关键在于，分离前线分子轨道跃迁特征来减小分子的单三线态分裂能（ΔEST），在室温热能活化下实现传统荧光分子难以发生的激子从三线态到单线态能级的反向系间窜越（RISC）。在器件中，TADF材料能有效利用三线态激子实现近100%的内量子效率，该类TADF-OLED器件外量子效率可以达到甚至超过含有贵重稀有金属的磷光OLED的水平。
图1：TADF材料处于激发态下的激子动力学过程以及各自速率常数的数量级，可以看到RISC过程为激发态激子耗散路径的限速步。
然而，TADF-OLED在电场驱动下，高浓度的三线态激子极易导致器件在高电流密度下严重的激子湮灭过程，而降低TADF材料的延迟荧光寿命是减弱效率滚降的关键。深入理解TADF分子激发态下复杂的激子动力学过程，以及各个过程在激发态寿命调控中所起的作用，将有助于有针对地从分子设计出发抑制器件的效率滚降。
针对这个问题，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室苏仕健教授（点击查看介绍）团队的博士生蔡欣佚等人从分子设计的角度切入来剖析其内部机制。通过分子基团的筛选和化学修饰，分子相应激发态的速率常数的相对关系被选择性地调节，从而得到四个有代表性的TADF分子。实验发现，在众多速率常数中，即便伴随着较低的量子产率和显著的系间窜越过程这两个不利于缩短分子激发态寿命的因素，具有较高RISC速率的分子仍然能具备较短的延迟荧光寿命。将这四个分子用于完全相同的OLED器件结构中，具备较大RISC速率的客体分子使器件更容易实现低的效率滚降。该工作中，基于短激发态寿命的发光材料PyCN-ACR制备的橙红光TADF-OLED不仅实现了15.6%的外量子效率，而且在实际应用息息相关的100和1000坎德拉/平方米的亮度下外量子效率依然保持在11%以上，10000坎德拉/平方米亮度下效率在5%以上，是目前为止报道的橙红光全有机荧光OLED中高亮度下效率的最高水平。
图2：分子设计调控分子激发态寿命以及其在OLED器件中效率滚降控制的关系示意图。
相关研究成果发表于《Chemical Science》上，作者为Xinyi Cai（蔡欣佚），Xiang-Long Li（李祥龙），Gaozhan Xie（谢高瞻），Zuozheng He（贺佐正），Kuo Gao（高阔），Kunkun Liu（刘坤坤），Dongcheng Chen（陈东成），Yong Cao（曹镛）和Shi-Jian Su*（苏仕健）。相关工作得到了国家科技部，国家自然科学基金和广东省科技厅的资助。
http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/SC/C6SC00542J
原文：“Rate-limited effect” of reverse intersystem crossing process: the key for tuning thermally activated delayed fluorescence lifetime and efficiency roll-off of organic light emitting diodes.
Chem. Sci., 2016, 7, 4264, DOI: 10.1039/c6sc00542j