OLEDs中的激子及其高效利用

马东阁

doi:10.37188/CJL.20220259

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

OLEDs中的激子及其高效利用

特邀报告 | 更新时间：2023-02-16

- OLEDs中的激子及其高效利用
  增强出版
- Excitons and Their Efficient Utilization in OLEDs
- 发光学报 2023年44卷第1期页码：174-185
- 作者机构：
  
  华南理工大学材料科学与工程学院，分子聚集发光中心，高分子光电材料与器件研究所，广东省分子聚集发光重点实验室，发光材料与器件国家重点实验室，广东广州　510640
- 作者简介：
  
  [ "马东阁（1967-），男，辽宁兴城人，博士，教授，博士生导师，1995年于吉林大学获得博士学位，主要从事有机光电器件与物理及其应用的研究。" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(21788102);广东省分子聚集发光重点实验室(2019B030301003);广东省科技计划项目(2020A0505140002)
- DOI：10.37188/CJL.20220259
  中图分类号： TN312.8
- 纸质出版日期：2023-01-05，
  
  收稿日期：2022-07-01，
  
  修回日期：2022-07-20，
- 稿件说明：
移动端阅览
马东阁.OLEDs中的激子及其高效利用[J].发光学报,2023,44(01):174-185.

MA Dongge.Excitons and Their Efficient Utilization in OLEDs[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(01):174-185.
马东阁.OLEDs中的激子及其高效利用[J].发光学报,2023,44(01):174-185. DOI： 10.37188/CJL.20220259.

MA Dongge.Excitons and Their Efficient Utilization in OLEDs[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(01):174-185. DOI： 10.37188/CJL.20220259.

摘要

有机发光二极管（OLEDs）是基于有机半导体的发光器件，由于具有自发光、响应速度快、发光颜色可调、轻薄、大面积柔性可弯曲等优点，被认为是新一代的显示和照明技术。OLEDs是通过注入的电子和空穴复合形成激子并辐射发光的过程，因此如何有效利用激子，特别是三线态激子，已经成为OLEDs材料和器件研究的重要课题。其中，如何把三线态激子能量转换成单线态激子，并最终实现100%激子的荧光发射更具有应用价值，最近几年这方面的研究已经取得了显著进展。本文从OLEDs的工作原理和发光过程出发，详细介绍了制备高效率荧光OLEDs的有效方法及其最新进展，并对未来发展方向进行了展望，为OLEDs材料和器件的研究提供重要参考。

Abstract

Organic light emitting diodes（OLEDs） are light-emitting devices based on organic semiconductors. They are considered as a new generation of display and lighting technology because of their advantages such as self-illumination， fast response， adjustable light-emitting color， lightness， large area flexibility and foldability，

etc

. The emission of OLEDs is a process of the radiative decay of excitons formed by recombination of injected electrons and holes. Therefore， how to effectively use excitons， especially the use of triplet excitons， has become an important topic in the research on materials and devices of OLEDs. Among them， how to convert triplet exciton energies into singlet excitons and finally realize the fluorescence emission of 100% excitons has more application value. In recent years， significant progresses have been made in this field. This paper introduces the effective methods for the fabrication of high efficiency fluorescence OLEDs in detail based on working mechanism and luminescence processes of OLEDs and their latest progresses， and prospects the future development directions， which provide an important reference for the research on materials and devices of OLEDs.

关键词

有机发光激子高效利用单线态和三线态

Keywords

organic light-emittingexcitonsefficient utilizationsinglet and triplet states

references

FORREST S R. Organic Electronics： Foundations to Applications ［M］. Oxford， United Kingdom： Oxford University Press， 2020. doi: 10.1093/oso/9780198529729.001.0001http://dx.doi.org/10.1093/oso/9780198529729.001.0001

彭俊彪，兰林锋. 印刷显示材料与技术［M］. 北京：科学出版社， 2019.

PENG J B， LAN L F. Printed Display Materials and Technology ［M］. Beijing： Science Press， 2019. （in Chinese）

于军胜，黄维. OLED显示技术［M］. 北京：电子工业出版社， 2021.

YU J S， HUANG W. OLED Display Technology ［M］. Beijing： Electronic Industry Press， 2021. （in Chinese）

WU Z B， MA D G. Recent advances in white organic light-emitting diodes ［J］. Mater. Sci. Eng. R， 2016， 107： 1-42. doi: 10.1016/j.mser.2016.06.001http://dx.doi.org/10.1016/j.mser.2016.06.001

TANG C W， VANSLYKE S A. Organic electroluminescent diodes ［J］. Appl. Phys. Lett.， 1987， 51（12）： 913-915. doi: 10.1063/1.98799http://dx.doi.org/10.1063/1.98799

BALDO M A， O’BRIEN D F， YOU Y， et al. Highly efficient phosphorescent emission from organic electroluminescent devices ［J］. Nature， 1998， 395（6698）： 151-154. doi: 10.1038/25954http://dx.doi.org/10.1038/25954

MA Y G， ZHANG H Y， SHEN J C， et al. Electroluminescence from triplet metal-ligand charge-transfer excited state of transition metal complexes ［J］. Synth. Met.， 1998， 94（3）： 245-248. doi: 10.1016/s0379-6779(97)04166-0http://dx.doi.org/10.1016/s0379-6779(97)04166-0

UOYAMA H， GOUSHI K， SHIZU K， et al. Highly efficient organic light-emitting diodes from delayed fluorescence ［J］. Nature， 2012， 492（7428）： 234-238. doi: 10.1038/nature11687http://dx.doi.org/10.1038/nature11687

BRÜTTING W， FRISCHEISEN J. Device efficiency of organic light⁃emitting diodes ［M］. BRÜTTING W， ADACHI C. Physics of Organic Semiconductors. Weinheim： Wiley-VCH， 2012. doi: 10.1002/9783527654949.ch15http://dx.doi.org/10.1002/9783527654949.ch15

KIDO J， IIZUMI Y. Fabrication of highly efficient organic electroluminescent devices ［J］. Appl. Phys. Lett.， 1998， 73（19）： 2721-2723. doi: 10.1063/1.122570http://dx.doi.org/10.1063/1.122570

NAKANOTANI H， HIGUCHI T， FURUKAWA T， et al. High-efficiency organic light-emitting diodes with fluorescent emitters ［J］. Nat. Commun.， 2014， 5： 4016-1-7. doi: 10.1038/ncomms5016http://dx.doi.org/10.1038/ncomms5016

WANG Q， TIAN Q S， ZHANG Y L， et al. High-efficiency organic light-emitting diodes with exciplex hosts ［J］. J. Mater. Chem. C， 2019， 7（37）： 11329-11360. doi: 10.1039/c9tc03092ahttp://dx.doi.org/10.1039/c9tc03092a

XU Y W， XU P， HU D H， et al. Recent progress in hot exciton materials for organic light-emitting diodes ［J］. Chem. Soc. Rev.， 2021， 50（2）： 1030-1069. doi: 10.1039/d0cs00391chttp://dx.doi.org/10.1039/d0cs00391c

MA D G. Status and prospects of aggregation-induced emission materials in organic optoelectronic devices ［J］. Top. Curr. Chem.， 2021， 379（3）： 16. doi: 10.1007/s41061-021-00328-8http://dx.doi.org/10.1007/s41061-021-00328-8

CHIANG C J， KIMYONOK A， ETHERINGTON M K， et al. Ultrahigh efficiency fluorescent single and Bi-layer organic light emitting diodes： the key role of triplet Fusion ［J］. Adv. Funct. Mater.， 2013， 23（6）： 739-746. doi: 10.1002/adfm.201201750http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201201750

SUZUKI T， NONAKA Y， WATABE T， et al. Highly efficient long-life blue fluorescent organic light-emitting diode exhibiting triplet‐triplet annihilation effects enhanced by a novel hole-transporting material ［J］. Jpn. J. Appl. Phys.， 2014， 53（5）： 052102-1-6. doi: 10.7567/jjap.53.052102http://dx.doi.org/10.7567/jjap.53.052102

KUKHTA N A， MATULAITIS T， VOLYNIUK D， et al. Deep-blue high-efficiency TTA OLED using para- and meta-conjugated cyanotriphenylbenzene and carbazole derivatives as emitter and host ［J］. J. Phys. Chem. Lett.， 2017， 8（24）： 6199-6205. doi: 10.1021/acs.jpclett.7b02867http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpclett.7b02867

TANG X Y， BAI Q， SHAN T， et al. Efficient nondoped blue fluorescent organic light-emitting diodes （OLEDs） with a high external quantum efficiency of 9.4%@1 000 cd m-2 based on phenanthroimidazole-anthracene derivative ［J］. Adv. Funct. Mater.， 2018， 28（11）： 1705813-1-8. doi: 10.1002/adfm.201705813http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201705813

SALEHI A， DONG C， SHIN D H， et al. Realization of high-efficiency fluorescent organic light-emitting diodes with low driving voltage ［J］. Nat. Commun.， 2019， 10（1）： 2305-1-9. doi: 10.1038/s41467-019-10260-7http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-10260-7

LIU F T， LIU H， TANG X Y， et al. Novel blue fluorescent materials for high-performance nondoped blue OLEDs and hybrid pure white OLEDs with ultrahigh color rendering index ［J］. Nano Energy， 2020， 68： 104325-1-10. doi: 10.1016/j.nanoen.2019.104325http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104325

NALAOH P， SUNGWORAWONGPANA N， CHASING P， et al. A dimeric π-stacking of anthracene inducing efficiency enhancement in solid-state fluorescence and non-doped deep-blue triplet-triplet annihilation organic light-emitting diodes ［J］. Adv. Opt. Mater.， 2021， 9（17）： 2100500-1-13. doi: 10.1002/adom.202100500http://dx.doi.org/10.1002/adom.202100500

LIM H， WOO S J， HA Y H， et al. Breaking the efficiency limit of deep-blue fluorescent OLEDs based on anthracene derivatives ［J］. Adv. Mater.， 2022， 34（1）： 2100161-1-8. doi: 10.1002/adma.202100161http://dx.doi.org/10.1002/adma.202100161

XIAO S， QIAO X F， LIN C W， et al. In situ quantifying the physical parameters determining the efficiency of OLEDs relying on triplet‐triplet annihilation up-conversion ［J］. Adv. Opt. Mater.， 2022， 10（6）： 2102333-1-8. doi: 10.1002/adom.202102333http://dx.doi.org/10.1002/adom.202102333

XIANG C Y， PENG C， CHEN Y， et al. Origin of sub-bandgap electroluminescence in organic light-emitting diodes ［J］. Small， 2015， 11（40）： 5439-5443. doi: 10.1002/smll.201501355http://dx.doi.org/10.1002/smll.201501355

CHEN Q S， JIA W Y， CHEN L X， et al. Determining the origin of half-bandgap-voltage electroluminescence in bifunctional rubrene/C60 devices ［J］. Sci. Rep.， 2016， 6： 25331-1-9. doi: 10.1038/srep25331http://dx.doi.org/10.1038/srep25331

QIAO X F， YUAN P S， MA D G， et al. Electrical pumped energy up-conversion： a non-linear electroluminescence process mediated by triplet-triplet annihilation ［J］. Org. Electron.， 2017， 46： 1-6. doi: 10.1016/j.orgel.2017.03.020http://dx.doi.org/10.1016/j.orgel.2017.03.020

BALDO M A， THOMPSON M E， FORREST S R. High-efficiency fluorescent organic light-emitting devices using a phosphorescent sensitizer ［J］. Nature， 2000， 403（6771）： 750-753. doi: 10.1038/35001541http://dx.doi.org/10.1038/35001541

ZHANG D D， DUAN L， LI C， et al. High-efficiency fluorescent organic light-emitting devices using sensitizing hosts with a small singlet-triplet exchange energy ［J］. Adv. Mater.， 2014， 26（29）： 5050-5055. doi: 10.1002/adma.201401476http://dx.doi.org/10.1002/adma.201401476

SONG X Z， ZHANG D D， LU Y， et al. Understanding and manipulating the interplay of wide-energy-gap host and TADF sensitizer in high-performance fluorescence OLEDs ［J］. Adv. Mater.， 2019， 31（35）： 1901923-1-9. doi: 10.1002/adma.201901923http://dx.doi.org/10.1002/adma.201901923

SARMA M， WONG K T. Exciplex： an intermolecular charge-transfer approach for TADF ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces， 2018， 10（23）： 19279-19304. doi: 10.1021/acsami.7b18318http://dx.doi.org/10.1021/acsami.7b18318

KIM H B， KIM J J. Recent progress on exciplex-emitting OLEDs ［J］. J. Inf. Disp.， 2019， 20： 105-121. doi: 10.1080/15980316.2019.1650838http://dx.doi.org/10.1080/15980316.2019.1650838

SARMA M， CHEN L M， CHEN Y S， et al. Exciplexes in OLEDs： principles and promises ［J］. Mater. Sci. Eng. R， 2022， 150： 100689. doi: 10.1016/j.mser.2022.100689http://dx.doi.org/10.1016/j.mser.2022.100689

LIU X K， CHEN Z， ZHENG C J， et al. Nearly 100% triplet harvesting in conventional fluorescent dopant-based organic light-emitting devices through energy transfer from exciplex ［J］. Adv. Mater.， 2015， 27（12）： 2025-2030. doi: 10.1002/adma.201500013http://dx.doi.org/10.1002/adma.201500013

KIM K H， MOON C K， SUN J W， et al. Triplet harvesting by a conventional fluorescent emitter using reverse intersystem crossing of host triplet exciplex ［J］. Adv. Opt. Mater.， 2015， 3（7）： 895-899. doi: 10.1002/adom.201400644http://dx.doi.org/10.1002/adom.201400644

SHIH C J， LEE C C， YEH T H， et al. Versatile exciplex-forming co-host for improving efficiency and lifetime of fluorescent and phosphorescent organic light-emitting diodes ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces， 2018， 10（28）： 24090-24098. doi: 10.1021/acsami.8b08281http://dx.doi.org/10.1021/acsami.8b08281

TANG X T， PAN R H， ZHAO X， et al. Full confinement of high-lying triplet states to achieve high-level reverse intersystem crossing in rubrene： a strategy for obtaining the record-high EQE of 16.1% with low efficiency roll-off ［J］. Adv. Funct. Mater.， 2020， 30（51）： 2005765-1-10. doi: 10.1002/adfm.202005765http://dx.doi.org/10.1002/adfm.202005765

LI W J， LIU D D， SHEN F Z， et al. A twisting donor-acceptor molecule with an intercrossed excited state for highly efficient， deep-blue electroluminescence ［J］. Adv. Funct. Mater.， 2012， 22（13）： 2797-2803. doi: 10.1002/adfm.201200116http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201200116

XU Y W， LIANG X M， ZHOU X H， et al. Highly efficient blue fluorescent OLEDs based on upper level triplet‐singlet intersystem crossing ［J］. Adv. Mater.， 2019， 31（12）： 1807388-1-8. doi: 10.1002/adma.201807388http://dx.doi.org/10.1002/adma.201807388

LIN C W， HAN P B， XIAO S， et al. Efficiency breakthrough of fluorescence OLEDs by the strategic management of “hot excitons” at highly lying excitation triplet energy levels ［J］. Adv. Funct. Mater.， 2021， 31（48）： 2106912-1-8. doi: 10.1002/adfm.202106912http://dx.doi.org/10.1002/adfm.202106912

XU Z， GU J B， QIAO X F， et al. Highly efficient deep blue aggregation-induced emission organic molecule： a promising multifunctional electroluminescence material for blue/green/orange/red/white OLEDs with superior efficiency and low roll-off ［J］. ACS Photonics， 2019， 6（3）： 767-778. doi: 10.1021/acsphotonics.8b01724http://dx.doi.org/10.1021/acsphotonics.8b01724

GUO X M， YUAN P S， QIAO X F， et al. Mechanistic study on high efficiency deep blue AIE‐based organic light‐emitting diodes by magneto‐electroluminescence ［J］. Adv. Funct. Mater.， 2020， 30（9）： 1908704-1-8. doi: 10.1002/adfm.201908704http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201908704

ZHANG H， ZHANG B， ZHANG Y W， et al. A multifunctional blue-emitting material designed via tuning distribution of hybridized excited-state for high-performance blue and host-sensitized OLEDs ［J］. Adv. Funct. Mater.， 2020， 30（35）： 2002323-1-10. doi: 10.1002/adfm.202002323http://dx.doi.org/10.1002/adfm.202002323

GUO X M， YUAN P S， FAN J Z， et al. Unraveling the important role of high-lying triplet-lowest excited singlet transitions in achieving highly efficient deep-blue AIE-based OLEDs ［J］. Adv. Mater.， 2021， 33（11）： 2006953-1-8. doi: 10.1002/adma.202006953http://dx.doi.org/10.1002/adma.202006953

浏览量

905

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

单量子点的发光与应用

单层WSe₂、MoSe₂激子发光的压力诱导K-Λ交互转变

非掺杂型高效绿色磷光有机电致发光器件

LiF超薄层引起的OLEDs发光光谱展宽