a. 巴黎萨克雷大学,ENS Paris-Saclay,CNRS,PPSM,91190 Gif-sur-Yvette,法国 b. CNR-NANOTEC – 纳米技术研究所,c/o Campus Ecoteckne,Via Monteroni,73100 Lecce,意大利 c. 考纳斯理工大学聚合物化学与技术系,Radvilenu plentas 19,LT50254 Kaunas,立陶宛 d. 杜伦大学物理系,杜伦 DH1 3LE,英国 * antonio.maggiore@ens-cachan.fr 摘要 光物理特性的控制对于电致发光器件和发光材料的持续发展至关重要。原始分子的制备和研究揭示了高效材料和器件的设计规则。在这里,我们基于热激活延迟荧光发射体中流行的供体-受体设计制备了 7 种新化合物。我们首次引入了苯并呋喃并[3,2-e]-1,2,4-三嗪和苯并噻吩并[3,2-e]-1,2,4-三嗪受体,它们与几种常见的供体相连:吩恶嗪、吩噻嗪、咔唑和 3,6-二叔丁基咔唑。在溶液和固态下进行了 DFT 计算和稳态和时间分辨光物理研究。虽然含有吖嗪部分的衍生物在任何形式下都是非发射性的,但包含 3,6-二叔丁基咔唑的化合物在所有情况下都显示 TADF。更有趣的是,用咔唑供体取代的两种衍生物在分散在聚合物基质中时具有 TADF 活性,在室温下以纯膜(微晶形式)的形式呈现磷光性。
发现无金属有机色彩团可以作为有机光发射二极管(OLEDS)中有效发射器的发现,近年来改变了光电设备的材料科学。在OLED发射器中,根据自旋统计数据,最低的单线(S 1)和激发电子状态通过注射电子和孔的重组填充,根据自旋统计量。T 1状态的高种群不利于实现高荧光量子产率。但是,如果S 1 -T 1能隙,δST= E S1 - E T1足够小(即在热能范围内),则可以通过在室温下通过反向间间交叉(RISC)的过程从下层t 1状态填充S 1状态。三胞胎群体向单线种群的热转化增强了荧光产量。依靠RISC工艺的发射器是由Adachi和同事开创的,被称为热活化的延迟荧光(TADF)发射器。1–4一类特殊的TADF发射器是由Hatakeyama和同事合成的。5–9在这些平面异源化合物中,B和N杂原子以某种方式排列,以至于最高占用的分子轨道(HOMO)和最低的无分子轨道(LUMO)位于交替原子上,称为“多重谐振效应”。5,9这些化合物中HOMO和LUMO的特殊空间重叠会导致一个小的交换矩阵元素,因此在小的S 1 -T 1间隙中产生了一个小的空间重叠。5典型的Hatakeyama化合物(DABNA-1)是二氮杂的抗抗浓度,表现为0.15 eV的ΔST。
超荧光 (HF) 是一种相对较新的现象,利用两种发光体之间的激子转移,需要仔细地成对调整分子能级,被认为是开发新型高效 OLED 系统的关键一步。迄今为止,报道的具有所需窄带发射但外部量子效率中等 (EQE <20%) 的 HF 黄光发射体寥寥无几。这是因为尚未提出一种系统性策略,将 Förster 共振能量转移 (FRET) 和三线态到单线态 (TTS) 跃迁作为有效激子转移的互补机制。在此,我们提出了一种合理的方法,通过细微的结构修改,可以获得一对由相同供体和受体亚基构建的化合物,但这些双极片段之间的通讯方式不同。 TADF 活性掺杂剂基于与咔唑部分的氮相连的萘酰亚胺支架,通过引入额外的键,不仅导致 π 云扩大,而且还使供体变硬并抑制其旋转。这种结构变化可防止 TADF,并引导带隙和激发态能量同时进行 FRET 和 TTS 过程。利用所提出的发射器的新型 OLED 设备表现出出色的外部量子效率(高达 27%)和较窄的半峰全宽(40nm),这是能级排列非常好的结果。所提出的设计原理证明,只需进行少量结构修改即可获得适用于 HF OLED 设备的商业染料。
高荧光(HF)是一种利用激子在两个发光体之间转移的相对较新的现象,需要对分子能级进行仔细的成对调整,并被认为是朝着开发新的高效OLED系统发展的关键步骤。迄今为止,据报道,几乎只有几个具有所需窄带发射但中等外部量子效率的HF黄色发射器(EQE <20%)。这是因为尚未提出一种系统的系统策略,该策略尚未提出,尚未提出作为有效激子转移的补充机制,尚未提出过Förster共振能量传递(FRET)和三重态(TTS)过渡。在此,我们提出了一种理性方法,该方法允许通过微妙的结构修改,这是由同一供体和受体亚基构建的一对化合物,但可以在这些歧义性碎片之间进行多种通信。TADF活性掺杂剂基于与甲壳唑部分相关的萘酰亚胺支架,通过引入额外的键不仅导致π-云的扩大,而且还导致刚性刚化,还会导致刚性和抑制供体的旋转。这种结构变化阻止了TADF,并允许引导带盖和激发状态能量同时追求FRET和TTS过程。使用呈现的发射器的新型OLED设备显示出极好的外部量子效率(高达27%)和最大狭窄的全宽度(40nm),这是能量水平很好的结果。提出的设计原理证明,仅需要进行较小的结构修饰才能获得HF OLED设备的商业染料。
电视、智能手机和平板电脑等新兴设备正成为人们日常生活的一部分。2012 年,国际电信联盟无线电通信部门 (ITU-R) 为超高清显示器推荐了一种新的色域标准,称为 BT.2020(或 Rec.2020)。[1] 采用 Rec.2020 色域可以精细地再现自然界中的几乎所有颜色,这些颜色基于红、绿、蓝 (RGB) 三原色,国际照明委员会 (CIE) 色度坐标分别为 (0.708, 0.292)、(0.170, 0.797) 和 (0.131, 0.046)。在这种需求的驱动下,开发能够显示具有极窄发射光谱带宽和高效率的单色 RGB 颜色的新型发光材料和装置是一项至关重要的挑战。有机发光二极管 (OLED) 因其广泛的研究和开发目前被视为 UHD 显示器的主流技术。[2–8] 在过去的二十年里,随着新发光机制的出现,OLED 的效率得到了显著提高,特别是磷光 [5,8,9](第二代)和热激活延迟荧光 [7,10,11](TADF,第三代),这些机制使电子到光子转换的内部量子效率达到 ≈ 100%。尽管电致发光 (EL) 效率如此之高,但大多数传统 OLED 都存在宽带发射光谱的问题,半峰全宽 (FWHM) 通常为 > 50 nm 或更宽,从而导致 EL 的色纯度低。因此,在商用 OLED 显示器中,需要使用额外的彩色滤光片来选择性地透射原色,这不可避免地会导致光提取率下降,并导致器件的外部 EL 量子效率 (EQE) 降低。从器件的功耗角度来看,这种情况也是不利的。最近,以稠合多环 π 体系为特征的多共振诱导 TADF (MR-TADF) [12–24] 材料已成为克服传统 OLED 缺点的有机发射体的新范例,引发了研究兴趣的激增。事实上,与最先进的无机 LED 和量子点 LED 的情况一样,采用有机硼 MR-TADF 发射体的 OLED 已经实现了高效的窄带 EL
有机发光二极管研究面临的挑战之一是利用电致发光过程中不可避免产生的三线态激子来提高器件效率。其中一种方法是通过热激活延迟荧光,即单线态激子向上转换为单线态,使其辐射松弛的过程。这一现象的发现引发了对能够有效利用这一机制的新材料的探索。从理论的角度来看,这需要能够估计候选分子光物理中涉及的各种过程的速率,例如系统间窜改、反向系统间窜改、荧光和磷光。我们在此提出一种方法,能够在单一框架内计算所有这些速率并预测新分子的光物理。我们将该方法应用于两个 TADF 分子,并表明结果与其他理论方法和实验结果相比更具优势。最后,我们使用动力学模型来展示计算速率如何协同作用产生不同的光物理行为。
长波长发光材料的严重猝灭是制约OLED发展的重要瓶颈,例如Zhang等报道了一系列新型DA型橙色和红色荧光材料,其外量子效率(EQE)仅为3.15%,发射峰在592nm,而外量子效率(EQE)仅为2.66%,发射峰在630nm。16以三苯胺和N,N-二苯基苯胺为结构发光材料的橙色器件的最大EQE较低,为3.42%。17Yang等也报道了一种以吡啶-3,5-二腈为核心的TADF橙色发光材料,其电致发光(EL)峰值在600nm,其最大EQE为9.8%,18远低于蓝色和绿色器件。具有特色 DA 结构的 HLCT 基材料可以通过快速“热激子”通道从高位三线态 T m 实现逆向系统间窜改 (RISC) 到高位单线态 S n 。由于特殊的杂化局域电子 (LE) 和电荷转移 (CT) 激发态,这种独特的特性使 HLCT-OLED 具有高 EQE 和不明显的效率下降。19