自由基OLED研究現新進展,發光效率大大提高

為了提高顯示器的亮度、對比度和解析度,同時降低生產成本和能源使用,科學家開發了幾種類型的LED,包括OLED、基於量子點的LED(QLED)、基於鈣鈦礦的LED和Micro LED。日前,發表在《自然雜誌》上的一項新研究表明,使用自由基的OLED出現新進展。

圖片來源:Nature

11月22日,《Nature》雜誌刊發了吉林大學化學學院、超分子結構與材料國家重點實驗室李峰教授研究團隊和劍橋大學卡文迪許實驗室(Cavendish Laboratory)Richard H. Friend教授研究團隊合作論文「高效雙線態自由基發光二極體」。

李峰教授研究團隊以TTM自由基作為核心,以PCz和NCz兩個哢唑衍生物作為給體(Donor),得到了兩個高效的電荷轉移態(CT)紅光自由基TTM-3NCz、TTM-3PCz(如圖1所示)。這種Donor-Radical結構的分子設計大幅提高了發光自由基分子的穩定性以及發光效率,兩個分子甲苯溶液中的光致發光效率分別達到49%和46%,其摻雜薄膜的光致發光效率分別達到90%和61%。

圖1 自由基TTM、TTM-3NCz和TTM-3PCz的分子結構 (來源:吉林大學化學學院)

在吉林大學培英計畫的支持下,通過與劍橋大學Richard H. Friend教授研究團隊合作,以TTM-3NCz、TTM-3PCz摻雜薄膜為發光層製備的OLED最大EQE分別達到27%和17%(如圖2所示),其中27%的EQE已接近100%IQE的理論極限值,是目前為止已報導的深紅光/近紅外光發光二極體(LED)中的最高值。同時,瞬態光譜和理論計算結果表明:器件的發光來自於自由基雙線態激子SOMO→HOMO的躍遷。該研究成果是OLED研究領域的重大突破,展現了發光自由基在有機光電領域的應用前景,為OLED的研究開闢了新的方向。

圖2 基於TTM-3NCz、TTM-3PCz的OLED的能級結構以及EQE曲線

(來源:吉林大學化學學院)

Tetsuro Kusamoto和Hiroshi Nishihara解釋說,有機自由基只有奇數個電子,因此具有高反應性和化學不穩定性。但是,通過改變分子結構,一些自由基在空氣下會變得足夠穩定。自2006年以來,研究已經證明了自由基發光穩定以及將它們用於照明材料和器件的可能性。
他們的評論指出,目前,基於自由基的OLED只在有限的顏色範圍內發光,因為只報導了少量穩定的發光自由基。而且,發光自由基的電子特性使得它們難以發處藍色(高能量)光。評論表示,未來的研究可以集中在如何調整有機自由基來產生多種顏色。由於最近開發了基於自由基的OLED,因此有進一步改進的潛力。(編譯:LEDinside James)

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