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华南理工大学苏仕健团队JPCC | 热激子主体应用于长寿命窄半峰宽蓝光OLED器件

材料

作者：X-MOL 2024-04-03

英文原题：Realizing Stable Narrowband Emission Blue Fluorescent Organic Light-Emitting Diodes with Dual-channel Triplet Exciton Harvesting Host

通讯作者：苏仕健（华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室）

作者：杨佳吉，彭晓媚，刘邓辉，陈继庭，邱伟栋，杨玺霖，李德利，杨国喜，孙冠伟，杨志海

研究背景

三线态-三线态湮灭和三线态-极化子猝灭与材料的电化学稳定性密切相关，通常会导致分子不稳定，并最终导致分子解离。因此，调节三线态激子的浓度对于实现长寿命OLED器件具有重要意义。目前报道的重点是减少发光材料的三线态激子，以获得稳定的窄半峰宽蓝光OLED。但是由于MR-TADF客体在主体内的掺杂浓度较低，主体高浓度的三线态激子也会极大地影响器件的稳定性。因此，为MR-TADF客体探索和选择合适的主体，构建激子湮灭过程少的主-客体体系，对实现长寿命器件具有重要意义。

文章亮点

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图1. 三种主-客体体系的电致发光激子演化图

MCP主体具有高于客体JBD-1的T₁（2.90 eV），不会猝灭客体的三线态激子。PAC和MADN的T₁比JBD-1的T₁低，因此客体的三线态激子会被转移到主体的T₁，从而达到猝灭客体长寿命三线态激子进而提升器件稳定性的目的。PAC和MADN都可以通过TTA过程重新利用三线态激子。但区别于传统TTA材料MADN，“热激子”主体PAC还存在hRISC过程将高能三线态激子转化为单线态激子，从而获得超过25%的单线态激子。即PAC主体在主-客体体系中具有双三重态激子利用通道，这将减少器件的激子湮灭过程，从而提高其稳定性。将JBD-1掺杂进PAC后，部分客体的三线态激子被PAC的T₁猝灭，另外一部分三线态激子通过上转换到JBD-1的S₁辐射跃迁发光，这两个过程是互相竞争的。

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图2.（a）器件结构II与能级图，（b）用于制备器件的材料分子结构，（c）外量子效率-亮度特性曲线，内嵌：在1000 cd m^-2亮度下的电致发光光谱，（d）基于PAC、MCP和MADN主体的器件的电流密度-电压-亮度特性曲线

基于双激子利用通道的主体PAC，其器件寿命较基于高三线态主体MCP和传统TTA分子MADN的器件有显著的提升。初始亮度1000 cd m^-2下的LT50从0.07小时和1.09小时提升到458小时。基于PAC主体的器件不仅具有较低的T₁可以减少客体上的三线态激子湮灭，并且PAC主体具有TTA和hRISC两个通道将三线态激子转化为单线态激子，减少主体上的激子湮灭过程。总的来说，将“热激子”材料PAC作为主体应用于MR-TADF客体，可以从客体和主体两个方面减少STA、TPQ等激子湮灭过程，从而显著提升器件的寿命。

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图3. 基于器件结构II的三种不同主体的器件在初始亮度1000 cd m^-2下的器件寿命曲线

总结/展望

本文工作将“热激子”材料PAC作为主体应用于MR-TADF客体，实现了稳定、窄半峰宽的蓝色荧光OLED。与传统的高T₁主体MCP和典型的TTA主体MADN相比，基于PAC主体的器件的激子猝灭得到缓解，从而减少由高三线态激子浓度引起的激子湮灭，降低器件的缺陷形成速率，进而延长器件的寿命。该器件在1000 cd m^-2下的寿命为458小时（LT50），CIE坐标为（0.13，0.11）。本工作为构建基于“热激子”主体的高稳定窄带发射蓝光OLED提供了新的思路。

相关论文发表在The Journal of Physical Chemistry C 上，华南理工大学硕士生杨佳吉为文章的第一作者，华南理工大学苏仕健教授为文章的通讯作者。

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