高比例水平取向发光偶极的热活化延迟荧光染料实现超高效率的绿光OLED

有机发光二极管（organic light-emitting diodes, OLEDs）目前已经成功地实现了商业化，在智能手机、高档电视等高端显示领域被广泛应用，且市场占比连年增加。在照明领域也具有广阔的应用前景和发展潜力。目前，OLED仍然被很多学者和研究员关注和研究。

在如今的时代背景下，节约能源是我国的基本国策。所以，研究节能的OLED非常重要，也引人瞩目。在OLED效率的描述中，外量子效率 (EQE) 是一个关键参数。近日，清华大学化学系的段炼教授团队开发了一种基于线型给体-受体-给体 (D-A-D) 结构的绿光OLED染料，具有高比例的水平取向发光偶极，实现了39.1%的EQE，并为今后的高效率染料开发提供了启示。

OLED的EQE由以下公式决定：EQE=β×γ×η_out×ɸ。其中β为激子利用率，γ为电子空穴平衡常数，η_out为光取出效率，ɸ为染料发光效率。通过合理的材料应用和器件结构的设计，电子空穴平衡可很好地实现。应用热活化延迟荧光 (TADF) 染料或磷光染料，可以实现100%的激子利用率。而光取出效率的提升，需要染料分子的发光偶极具有很好的水平取向。但在目前的研究中，同时调节TADF染料的发光偶极取向和光电性能，实现同时具有高光取出效率和高PLQY，是一个很大的挑战。

图1. 分子结构与设计思路

关于这个问题，该团队设计了一种新型TADF染料DQBC。分子整体呈现D-A-D的线型结构，同时，给体基团和受体基团是扩展的π体系。通过精妙的分子设计，DQBC实现了92%的发光偶极水平取向，PLQY达95%。经过优化器件结构，制备的OLED器件实现了39.1%的EQE和112.0lm/W的功率效率。

图2. 器件结构与性能

该研究工作开发的染料，成功的同时优化了发光偶极取向和PLQY，实现了超高EQE，为高效率TADF染料的开发提供了思路和启发，可以启示今后各光色超高效率染料的发展。相关成果日前发表在Advanced Materials 上，通讯作者是段炼教授和张东东助理研究员。

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Approaching Nearly 40% External Quantum Efficiency in Organic Light Emitting Diodes Utilizing a Green Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitter with an Extended Linear Donor–Acceptor–Donor Structure

Yang Chen, Dongdong Zhang, Yuewei Zhang, Xuan Zeng, Tianyu Huang, Ziyang Liu, Guomeng Li, Lian Duan

Adv. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adma.202103293