基于热活化敏化荧光的蓝光材料与器件研究进展

王琪; 黄天宇; 张东东; 段炼

doi:10.37188/CJL.20220334

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于热活化敏化荧光的蓝光材料与器件研究进展

特邀报告 | 更新时间：2023-02-16

- 基于热活化敏化荧光的蓝光材料与器件研究进展
  增强出版
- Research Progress of Blue Emission Materials and Devices Based on TADF Sensitized Fluorescence
- 发光学报 2023年44卷第1期页码：77-89
- 作者机构：
  
  清华大学化学系有机光电子与分子工程教育部重点实验室，北京　100084
- 作者简介：
  
  [ "王琪（2000-），男，湖南新化人，在读本科生，主要从事具有空间电荷转移特性（TSCT）的TADF材料的开发。Email: qwang18@mails.tsinghua.edu.cn" ]
  [ "张东东（1989-），男，山东临沂人，博士，助理研究员，2016 年于清华大学获得博士学位，主要从事有机光电材料与器件相关的研究。Email: ddzhang@mail.tsinghua.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(51903137)
- DOI：10.37188/CJL.20220334
  中图分类号： O482.31;TN312.8
- 纸质出版日期：2023-01-05，
  
  收稿日期：2022-09-15，
  
  修回日期：2022-10-07，
扫描看全文
王琪,黄天宇,张东东等.基于热活化敏化荧光的蓝光材料与器件研究进展[J].发光学报,2023,44(01):77-89.

WANG Qi,HUANG Tianyu,ZHANG Dongdong,et al.Research Progress of Blue Emission Materials and Devices Based on TADF Sensitized Fluorescence[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(01):77-89.
王琪,黄天宇,张东东等.基于热活化敏化荧光的蓝光材料与器件研究进展[J].发光学报,2023,44(01):77-89. DOI： 10.37188/CJL.20220334.

WANG Qi,HUANG Tianyu,ZHANG Dongdong,et al.Research Progress of Blue Emission Materials and Devices Based on TADF Sensitized Fluorescence[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(01):77-89. DOI： 10.37188/CJL.20220334.

摘要

有机发光二极管（Organic light emitting diode，OLED）作为新一代显示技术已经成功产业化，但兼具高效率和长寿命的蓝光OLED仍是亟待解决的问题。近年来，采用热活化延迟荧光（Thermally activated delayed fluorescence， TADF）材料敏化窄光谱荧光染料的热活化敏化荧光（TADF sensitized fluorescence，TSF）机制日益受到广泛关注。随着发光材料和器件结构的不断创新，基于该机制的蓝光OLED器件性能显著提升。本文围绕稳定高效蓝光敏化剂分子的设计开发，综述了近年来蓝光TSF器件在效率与寿命方面的进展，并进一步讨论了未来的发展目标以及面临的挑战。

Abstract

As a new generation of display technology， organic light emitting diodes （OLEDs） have been successfully commercialized， but efforts are still needed to develop efficient and stable blue OLED devices. In recent years， a new mechanism combining thermally activated delayed fluorescence （TADF） sensitizers and narrow spectrum final emitters， namely TADF sensitized fluorescence （TSF） has attracted more and more attention. With the continuous innovation of materials and device structures， performances of blue OLEDs based on this mechanism have been significantly improved. Here， focusing on the development of stable and efficient blue sensitizers， the progress in efficiency and lifetime of blue TSF devices in recent years is reviewed， and the future development goals and challenges are further discussed.

关键词

有机发光二极管热活化延迟荧光热活化敏化荧光高效稳定蓝光

Keywords

organic light emitting diodethermally activated delayed fluorescenceTADF sensitized fluorescenceefficient and stable blue OLED devices

references

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

TANG C W， VANSLYKE S A， CHEN C H. Electroluminescence of doped organic thin films ［J］. J. Appl. Phys.， 1989， 65（9）： 3610-3616. doi: 10.1063/1.343409http://dx.doi.org/10.1063/1.343409

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

ZYSMAN-COLMAN E. Molecular designs offer fast exciton conversion ［J］. Nat. Photonics， 2020， 14（10）： 593-594. doi: 10.1038/s41566-020-0696-8http://dx.doi.org/10.1038/s41566-020-0696-8

LEE J， JEONG C， BATAGODA T， et al. Hot excited state management for long-lived blue phosphorescent organic light-emitting diodes ［J］. Nat. Commun.， 2017， 8： 15566-1-9. doi: 10.1038/ncomms15566http://dx.doi.org/10.1038/ncomms15566

BARNES B. Reflected phonons reveal strong coupling ［J］. Nat. Photonics， 2021， 15（3）： 169-170. doi: 10.1038/s41566-021-00773-3http://dx.doi.org/10.1038/s41566-021-00773-3

ENDO A， SATO K， YOSHIMURA K， et al. Efficient up-conversion of triplet excitons into a singlet state and its application for organic light emitting diodes ［J］. Appl. Phys. Lett.， 2011， 98（8）： 083302-1-3. doi: 10.1063/1.3558906http://dx.doi.org/10.1063/1.3558906

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

TAO Y， YUAN K， CHEN T， et al. Thermally activated delayed fluorescence materials towards the breakthrough of organoelectronics ［J］. Adv. Mater.， 2014， 26（47）： 7931-7958. doi: 10.1002/adma.201402532http://dx.doi.org/10.1002/adma.201402532

NODA H， NAKANOTANI H， ADACHI C. Excited state engineering for efficient reverse intersystem crossing ［J］. Sci. Adv.， 2018， 4（6）： eaao6910-1-7. doi: 10.1126/sciadv.aao6910http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.aao6910

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

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

KONDO Y， YOSHIURA K， KITERA S， et al. Narrowband deep-blue organic light-emitting diode featuring an organoboron-based emitter ［J］. Nat. Photonics， 2019， 13（10）： 678-682. doi: 10.1038/s41566-019-0476-5http://dx.doi.org/10.1038/s41566-019-0476-5

HAN S H， LEE J Y. Spatial separation of sensitizer and fluorescent emitter for high quantum efficiency in hyperfluorescent organic light-emitting diodes ［J］. J. Mater. Chem. C， 2018， 6（6）： 1504-1508. doi: 10.1039/c7tc05283ahttp://dx.doi.org/10.1039/c7tc05283a

WONG M Y， ZYSMAN-COLMAN E. Purely organic thermally activated delayed fluorescence materials for organic light-emitting diodes ［J］. Adv. Mater.， 2017， 29（22）： 1605444-1-54. doi: 10.1002/adma.201605444http://dx.doi.org/10.1002/adma.201605444

SAMANTA P K， KIM D， COROPCEANU V， et al. Up-conversion intersystem crossing rates in organic emitters for thermally activated delayed fluorescence： impact of the nature of singlet vs triplet excited states ［J］. J. Am. Chem. Soc.， 2017， 139（11）： 4042-4051. doi: 10.1021/jacs.6b12124http://dx.doi.org/10.1021/jacs.6b12124

CHEN X K， KIM D， BRÉDAS J L. Thermally activated delayed fluorescence （TADF） path toward efficient electroluminescence in purely organic materials： molecular level insight ［J］. Acc. Chem. Res.， 2018， 51（9）： 2215-2224. doi: 10.1021/acs.accounts.8b00174http://dx.doi.org/10.1021/acs.accounts.8b00174

HIRATA S， SAKAI Y， MASUI K， et al. Highly efficient blue electroluminescence based on thermally activated delayed fluorescence ［J］. Nat. Mater.， 2015， 14（3）： 330-336. doi: 10.1038/nmat4154http://dx.doi.org/10.1038/nmat4154

KIM M， JEON S K， HWANG S H， et al. Stable blue thermally activated delayed fluorescent organic light-emitting diodes with three times longer lifetime than phosphorescent organic light-emitting diodes ［J］. Adv. Mater.， 2015， 27（15）： 2515-2520. doi: 10.1002/adma.201500267http://dx.doi.org/10.1002/adma.201500267

CUI L S， NOMURA H， GENG Y， et al. Controlling singlet⁃triplet energy splitting for deep‐blue thermally activated delayed fluorescence emitters ［J］. Angew. Chem. Int. Ed.， 2017， 56（6）： 1571-1575. doi: 10.1002/anie.201609459http://dx.doi.org/10.1002/anie.201609459

JEON S O， LEE K H， KIM J S， et al. High-efficiency， long-lifetime deep-blue organic light-emitting diodes ［J］. Nat. Photonics， 2021， 15（3）： 208-215. doi: 10.1038/s41566-021-00763-5http://dx.doi.org/10.1038/s41566-021-00763-5

DIAS F B， SANTOS J， GRAVES D R， et al. The role of local triplet excited states and D-A relative orientation in thermally activated delayed fluorescence： photophysics and devices ［J］. Adv. Sci.， 2016， 3（12）： 1600080-1-10. doi: 10.1002/advs.201600080http://dx.doi.org/10.1002/advs.201600080

ETHERINGTON M K， GIBSON J， HIGGINBOTHAM H F， et al. Revealing the spin‑vibronic coupling mechanism of thermally activated delayed fluorescence ［J］. Nat. Commun.， 2016， 7（1）： 13680-1-7. doi: 10.1038/ncomms13680http://dx.doi.org/10.1038/ncomms13680

CUI L S， GILLETT A J， ZHANG S F， et al. Fast spin-flip enables efficient and stable organic electroluminescence from charge-transfer states ［J］. Nat. Photonics， 2020， 14（10）： 636-642. doi: 10.1038/s41566-020-0668-zhttp://dx.doi.org/10.1038/s41566-020-0668-z

CHAN C Y， CUI L S， KIM J U， et al. Rational molecular design for deep‐blue thermally activated delayed fluorescence emitters ［J］. Adv. Funct. Mater.， 2018， 28（11）： 1706023-1-7. doi: 10.1002/adfm.201706023http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201706023

ZHANG D D， CAI M H， ZHANG Y G， et al. Sterically shielded blue thermally activated delayed fluorescence emitters with improved efficiency and stability ［J］. Mater. Horiz.， 2016， 3（2）： 145-151. doi: 10.1039/c5mh00258chttp://dx.doi.org/10.1039/c5mh00258c

HOSOKAI T， MATSUZAKI H， NAKANOTANI H， et al. Evidence and mechanism of efficient thermally activated delayed fluorescence promoted by delocalized excited states ［J］. Sci. Adv.， 2017， 3（5）： e1603282-1-9. doi: 10.1126/sciadv.1603282http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.1603282

NODA H， CHEN X K， NAKANOTANI H， et al. Critical role of intermediate electronic states for spin-flip processes in charge-transfer-type organic molecules with multiple donors and acceptors ［J］. Nat. Mater.， 2019， 18（10）： 1084-1090. doi: 10.1038/s41563-019-0465-6http://dx.doi.org/10.1038/s41563-019-0465-6

YIN C， ZHANG D D， DUAN L. A perspective on blue TADF materials based on carbazole-benzonitrile derivatives for efficient and stable OLEDs ［J］. Appl. Phys. Lett.， 2020， 116（12）： 120503. doi: 10.1063/1.5143501http://dx.doi.org/10.1063/1.5143501

CHAN C Y， TANAKA M， LEE Y T， et al. Stable pure-blue hyperfluorescence organic light-emitting diodes with high-efficiency and narrow emission ［J］. Nat. Photonics， 2021， 15（3）： 203-207. doi: 10.1038/s41566-020-00745-zhttp://dx.doi.org/10.1038/s41566-020-00745-z

ZHANG D D， SONG X Z， GILLETT A J， et al. Efficient and stable deep‐blue fluorescent organic light‐emitting diodes employing a sensitizer with fast triplet upconversion ［J］. Adv. Mater.， 2020， 32（19）： 1908355-1-9. doi: 10.1002/adma.201908355http://dx.doi.org/10.1002/adma.201908355

HONG X C， ZHANG D D， YIN C， et al. TADF molecules with π-extended acceptors for simplified high-efficiency blue and white organic light-emitting diodes ［J］. Chem， 2022， 8（6）： 1705-1719. doi: 10.1016/j.chempr.2022.02.017http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2022.02.017

LIM H， CHEON H J， WOO S J， et al. Highly efficient deep‐blue OLEDs using a TADF emitter with a narrow emission spectrum and high horizontal emitting dipole ratio ［J］. Adv. Mater.， 2020， 32（47）： 2004083-1-8. doi: 10.1002/adma.202004083http://dx.doi.org/10.1002/adma.202004083

GENG Y， D’ALEO A， INADA K， et al. Donor‐σ‐acceptor motifs： thermally activated delayed fluorescence emitters with dual upconversion ［J］. Angew. Chem. Int. Ed.， 2017， 56（52）： 16536-16540. doi: 10.1002/anie.201708876http://dx.doi.org/10.1002/anie.201708876

ZHANG D D， WADA Y， WANG Q， et al. Highly efficient and stable blue organic light‐emitting diodes based on thermally activated delayed fluorophor with donor‐void‐acceptor motif ［J］. Adv. Sci.， 2022， 9（12）： 2106018. doi: 10.1002/advs.202106018http://dx.doi.org/10.1002/advs.202106018

HUANG T Y， ZHANG D D， ZHAN G， et al. Boosting the efficiency and stability of blue TADF emitters by deuteration ［J/OL］. ChemRxiv， Cambridge： Cambridge Open Engage， 2021， doi： 10.26434/chemrxiv-2021-hrlf1http://dx.doi.org/10.26434/chemrxiv-2021-hrlf1.

KIM J U， PARK I S， CHAN C Y， et al. Nanosecond-time-scale delayed fluorescence molecule for deep-blue OLEDs with small efficiency rolloff ［J］. Nat. Commun.， 2020， 11（1）： 1765-1-8. doi: 10.1038/s41467-020-15558-5http://dx.doi.org/10.1038/s41467-020-15558-5

TANG X， CUI L S， LI H C， et al. Highly efficient luminescence from space-confined charge-transfer emitters ［J］. Nat. Mater.， 2020， 19（12）： 1332-1338. doi: 10.1038/s41563-020-0710-zhttp://dx.doi.org/10.1038/s41563-020-0710-z

SONG X Z， ZHANG D D， ZHANG Y W， et al. Strategically modulating carriers and excitons for efficient and stable ultrapure‐green fluorescent OLEDs with a sterically hindered BODIPY dopant ［J］. Adv. Opt. Mater.， 2020， 8（15）： 2000483-1-10. doi: 10.1002/adom.202000483http://dx.doi.org/10.1002/adom.202000483

SUN J， AHN H， KANG S， et al. Exceptionally stable blue phosphorescent organic light-emitting diodes ［J］. Nat. Photonics， 2022， 16（3）： 212-218. doi: 10.1038/s41566-022-00958-4http://dx.doi.org/10.1038/s41566-022-00958-4

KIM E， PARK J， JUN M， et al. Highly efficient and stable deep-blue organic light-emitting diode using phosphor-sensitized thermally activated delayed fluorescence ［J］. Sci. Adv.， 2022， 8（41）： eabq1641. doi: 10.1126/sciadv.abq1641http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.abq1641

浏览量

629

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

TADF敏化荧光策略构建高效、窄光谱发光电化学池器件

基于激基复合物激发态的电致发光材料与器件研究进展

基于热活化延迟荧光双发射的有机电子给体-受体型材料研究进展

树枝状热活化延迟荧光材料研究进展