Fluolab【Nat.Photon.】14nm 半峰宽，74.5超高外量子效率，基于多共振热活化延迟荧光的超纯的深蓝色有机发光二极管
总结
本研究通过构建具有全共振结构的扭曲多硼基框架，提出了一种高性能的深蓝色多共振热活化延迟荧光（MR-TADF）发射物设计策略，实现了高效率和超纯的深蓝色有机发光二极管（OLED）。
摘要
本文研究了深蓝色有机发光二极管（OLED），旨在通过提高颜色纯度和设备效率，实现对超高分辨率显示屏的应用。研究团队设计了一种新型的MR-TADF发射物，通过在更大的共轭π骨架中构建扭曲的双硼基核心，实现了超纯的深蓝色荧光。该发射物在解决了色度纯度和设备效率之间的平衡问题，具体表现为实现了高达39.2%的最大外部量子效率（EQE）和小于0.05的CIE y坐标，以及仅为14 nm的半峰宽（FWHM）。研究还揭示了结构与光电性质之间的关系，包括分子设计、理论计算、光光子学特性、电子结构以及设备性能。通过对比实验和理论计算，研究者们确认了分子设计的有效性，并通过构建单单元堆叠的双单元串联超荧光OLED，进一步提高了EQE，达到了74.5%的超高值。此外，该研究还探讨了TADF传感器的使用，以及如何通过改善分子的水平排列比例和驱动电压来提高设备性能。最后，研究成果表明，该设计策略为实现高效率和色度纯度的OLED设备提供了新的途径，为超高分辨率显示屏的开发做出了重要贡献。
观点
- 深蓝色OLED的重要性：超高分辨率显示屏的发展对深蓝色OLED的颜色纯度和设备效率提出了更高的要求。
- MR-TADF发射物的设计优势：通过构建具有全共振结构的扭曲多硼基框架，可以实现高效率和超纯的深蓝色荧光。
| Emitter | λabsa (nm) | λema (nm) | FWHMa (nm) | EHOMOb (eV) | ELUMOc (eV) | ES1d (eV) | ET1d (eV) | ΔESTe (eV) | τPFf (ns) | τDFf (µs) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DPA-B2 | 424 | 440 (444) | 27 (31) | −5.21 | −2.38 | 2.78 | 2.61 | 0.17 | 3.1 | 40.4 |
| DPA-B3 | 438 | 448 (451) | 14 (16) | −5.14 | −2.38 | 2.74 | 2.60 | 0.14 | 2.6 | 9.2 |
| DPA-B4 | 448 | 458 (458) | 12 (14) | −5.14 | −2.43 | 2.70 | 2.61 | 0.09 | 2.0 | 2.5 |
| Cz-B4 | 441 | 455 (457) | 24 (28) | −5.19 | −2.47 | 2.70 | 2.57 | 0.13 | 3.9 | 11.7 |
- 色度纯度与设备效率的平衡：研究成功平衡了色度纯度和设备效率，实现了高EQE和小FWHM的深蓝色发射。
- 理论计算与实验结果的一致性：理论计算显示，设计的发射物具有较小的能隙和较大的自旋轨迹耦合（SOC）矩阵元，这与实验结果相符。
- 分子水平排列的重要性：分子的水平排列比例对提高OLED的光学耦合效率和EQE至关重要。
- TADF传感器的应用：利用TADF传感器可以进一步提高设备的外部量子效率，减少效率衰减。
- 串联结构的优势：通过构建单单元堆叠的双单元串联结构，可以实现更高的EQE和更低的效率衰减。
- 对超高分辨率显示屏的贡献：本研究为超高分辨率显示屏的开发提供了新的方向，为未来的OLED设备性能提升做出了贡献。
| Device | λELa (nm) | Lmaxb (cd m–2) | CEc (cd A−1) max (average) | PEd (lm W–1) max (average) | EQEe (%) max (average) | EQEf (%) 100/1,000 | FWHM (nm) | CIEg (x, y) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DPA-B2 | 444 | 21,620 | 14.8 (13.9 ± 0.5) | 12.9 (12.1 ± 0.4) | 28.9 (28.1 ± 0.4) | 19.8/9.3 | 31 | (0.153, 0.055) |
| DPA-B3 | 450 | 24,637 | 17.3 (16.5 ± 0.5) | 15.1 (14.4 ± 0.5) | 37.7 (36.8 ± 0.6) | 33.7/21.0 | 15 | (0.150, 0.043) |
| DPA-B4 | 457 | 27,911 | 21.8 (21.1 ± 1.0) | 18.2 (17.6 ± 1.0) | 39.2 (38.1 ± 0.8) | 36.4/28.7 | 14 | (0.141, 0.050) |
| Cz-B4 | 457 | 27,428 | 22.4 (21.4 ± 0.6) | 19.5 (18.7 ± 0.6) | 32.1 (30.8 ± 0.7) | 26.9/16.1 | 26 | (0.138, 0.076) |
| DPA-B4 (HF) | 459 | 41,607 | 40.7 (42.1 ± 1.4) | 34.8 (36.5 ± 2.1) | 44.6 (42.9 ± 0.7) | 44.3/38.8 | 16 | (0.142, 0.099) |
| DPA-B4 (tandem) | 458 | 56,246 | 77.3 (71.4 ± 3.4) | 33.7 (31.9 ± 1.4) | 74.5 (73.2 ± 0.9) | 73.3/65.3 | 17 | (0.142, 0.116) |
参考文献
Hua, T.; Cao, X.; Miao, J.; Yin, X.; Chen, Z.; Huang, Z.; Yang, C. Deep-Blue Organic Light-Emitting Diodes for Ultrahigh-Definition Displays. Nat. Photon. 2024. https://doi.org/10.1038/s41566-024-01508-w.