Organiska ljusemitterande dioder (OLED) har blivit en ledande displayteknik. Det självlysande materialet är en kärnkomponent i OLED. Termiskt aktiverad fördröjd fluorescens (TADF)-material har dykt upp som lovande sändare för att uppnå högeffektiva OLED.

Blå TADF-OLED möter mer uttalade problem med effektivitetsavveckling och materialförsämring jämfört med sina gröna och röda motsvarigheter, på grund av bildandet av högenergiexcitoner genom bimolekylära reaktioner av långlivade exciterade tillstånd.

För att bana väg för framtida TADF-OLED-applikationer är det avgörande att utveckla avancerade blå TADF-molekyler med extremt korta excitonlivslängder, helst i nanosekundersskalan. Att samtidigt uppnå ett högt fotoluminescenskvantutbyte (PLQY), ultrakort excitonlivslängd och undertryckt koncentrationssläckning i TADF-material är önskvärt men ändå utmanande.

I en studie publicerad i Advanced Materials , en forskargrupp ledd av professor Lu Canzhong från Fujian Institute of Research on the Structure of Matter av den kinesiska vetenskapsakademin rapporterade en ny strategi för att designa högpresterande blått TADF-material, och utvecklade ett blått TADF-material med hög emissionseffektivitet, nanosekunders emissionslivslängd och effektivt undertryckt koncentrationssläckning, vilket möjliggör realisering av högpresterande odopade och dopade blå OLED:er.

Forskarna designade och syntetiserade en acceptor-donator-acceptor (A-D-A) typ TADF-molekyl, nämligen 2BO-sQA, som bär en dispirofluoren-kinolinoacridine (sQA) donator och två cofacial syrebryggade triarylboron (BO) acceptorer som är nästan ortogonala mot donator.

Denna unika molekylära struktur underlättar uppnåendet av ett extremt smalt singlet-triplett energigap, och accelererar därigenom omvänd korsning mellan systemet och uppnår ultrakorta emissionslivslängder. En så kort fördröjd fluorescenslivslängd är ovanlig i högeffektiva TADF-material och förväntas vara fördelaktigt för att mildra excitonförstöring i det emitterande skiktet och undertrycka verkningsgradens roll-off vid höga luminansnivåer.

Den molekylära styvheten och intramolekylära interaktionerna hämmar också effektivt icke-strålningsövergångar, vilket säkerställer hög emissionseffektivitet. Styv tredimensionell A-D-A molekylär arkitektur kan effektivt undertrycka aggregation orsakad emissionssläckning vid höga dopningskoncentrationer. Filmerna som innehåller 2BO-sQA, med koncentrationer från 10 viktprocent till 100 viktprocent, uppvisar höga PLQYs på 99 % till 86 %.

OLED:erna som använder 2BO-sQA som den terminala luminiscerande sändaren visade utmärkta elektroluminescerande egenskaper utan något signifikant koncentrationsberoende, och bibehöll maximal extern kvanteffektivitet (EQEmax) på över 30 % för dopningskoncentrationer från 10 till 70 viktprocent. Anmärkningsvärt nog uppnådde den odopade blå OLED:en en rekordhög maximal EQE på 26,6 % med en liten verkningsgrad på 14,0 % vid en luminans på 1 000 cd m ^-2 .

Hyperfluorescens-OLED:er som använder 2BO-sQA som sensibilisator och v-DABNA som terminaldopant realiserade smalbandig djupblå emission med höga EQEs på upp till 32,3 %. EQE roll-off vid 1 000 cd m ^-2 minskade avsevärt från 40,1 % för kontrollenheten till 14,5 % för hyperfluorescens-OLED med 40 viktprocent 2BO-sQA, troligtvis tillskrivet den korta excitonlivslängden för sensibilisatorn.

Dessa resultat visade potentialen hos 2BO-sQA som en sensibilisator för att uppnå högpresterande djupblå hyperfluorescens-OLED:er.

Denna studie kastar nytt ljus över utvecklingen av idealiska blå TADF-material som samtidigt uppvisar hög emissionseffektivitet, ultrakort excitonlivslängd och undertryckt koncentrationssläckning, vilket är mycket önskvärt för att uppnå högpresterande blå OLED:er.