香港大学支志明教授课题组Adv. Mater.：光色随电压变化的稳定的有机发光二极管及可穿戴式监测设备的新思路

将有机发光二极管（OLED）用于可穿戴智能设备是目前科技研究的前沿。而光色可调的OLED为智能设备输出信号的可视化提供了一个强有力的工具，比如可调光OLED用作实时监测心电信号的传感器。然而，目前文献报道的传统的可调光OLED仍然存在诸多制约其实际应用的问题，包括相对较低的发光效率、实际应用亮度下严重的效率滚降、不同颜色发光材料颜色老化速率不同，以及器件的稳定性不足。一些二价铂配合物由于其独特的平面结构所导致的单体态和聚集态（MMLCT）两种不同的发光形态，使其可以实现同一种分子在不同的条件下发出不同颜色的光。近期的研究表明，该类铂配合物的单体态和聚集态可以分别制备高效率的OLED器件。如何充分利用铂配合物这种独特的双重发光特性，一直是学术界和工业界的研究课题。

图1. Pt-X-2、Pt-X-3和Pt-X-4的化学结构

近日，香港大学化学系、合成化学国家重点实验室的支志明院士、程刚博士以及毛茂博士等利用同时具有高发光效率的单体态和聚集态的一类稳定四齿配体铂配合物磷光分子（如上图所示）作为发光材料，设计了一种新型的“双主体材料双发光层”（CHIDEL）结构的OLED。采用Pt-X-2分子作为单一的发光材料所制备的OLED，在不同的电压下可以实现“橙光—暖白光—黄绿光”的调节；其中白光的显色指数CRI可达82，外量子效率可达20.75%。若采用Pt-X-4分子作为单一的发光材料制备的OLED，在不同电压下可以实现“红光—橙光—黄光—绿光”的调节；该器件的最大亮度超过了90000尼特，外量子效率高达23.23%，在实际使用的1000尼特亮度下，外量子效率仍保持在23.19%。特别是，在稳定的器件结构条件下，在其作为传感器的工作亮度范围内，其器件寿命（初始亮度的90%，LT90）接近20000小时，具有应用于多种实际场景的潜力。

图2. 基于a）Pt-X-2和b）Pt-X-4的可调光CHIDEL结构的OLED电致发光光谱， c) 基于Pt-x-2、Pt-X-3和Pt-X-4的OLED在不同电压下的色坐标变化图。

表1. 基于Pt-X-2和Pt-X-4的器件性能

图3. 基于单一Pt(O^N^C^N)的OLED器件电致变色的机理

研究表明：基于单一Pt(O^N^C^N)发光材料的OLED器件中，在一定的掺杂浓度下，Pt分子同时存在单体态和聚集态。聚集态的Pt分子由于“金属-金属-配体-电荷转移”（MMLCT）作用，则处于更低的能量状态；通过对发光材料和主体材料的选择，此类磷光器件同时存在“tapping”和直接的“energy-transfer”两种机制；当器件开启后，在低电压或者低电流密度时，由于形成的激子数量有限，激子优先trap在能量更低的聚集态Pt分子上，从而优先发低能量的红光（聚集态）；而随着电压或者电流密度的增加，trap在聚集态Pt分子的激子逐渐饱和，而更多的激子可以通过直接的能量转移，到达高能量的单体态Pt分子，从而发射逐渐增强的高能量的黄绿光（单体态）（图3）。

相关工作发表在Advanced Materials 上，文章的通讯作者为香港大学化学系的支志明教授和程刚博士，第一作者为毛茂博士。

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Stable, High-Efficiency Voltage-Dependent Color-Tunable Organic Light-Emitting Diodes with a Single Tetradentate Platinum (II) Emitter Having Long Operational Lifetime

Mao Mao, Tsz-Lung Lam, Wai-Pong To, Xiangzhou Lao, Weiqiang Liu, Shijie Xu, Gang Cheng*, Chi-Ming Che*

Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.202004873

导师介绍

支志明

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