英国圣安德鲁斯大学Eli Zysman-Colman教授：具有TADF效应的树枝状聚合物——树枝状给体的结构与位置的协同效应

有机发光二极管（OLEDs）目前已广泛应用于手机、智能手表和电视的显示屏中，并已进军固态照明和汽车市场。大多数OLED具有复杂的多层器件架构并采用真空沉积技术制造，以至于其制造成本一直居高不下。而使用喷墨印刷等成本较低的溶液加工技术来制造OLED，可大幅度降低制造成本，为大面积显示器的生产提供更简单的途径。

热激活延迟荧光（TADF）材料在过去十年中作为OLED中贵金属磷光配合物的替代发光材料引起了广泛关注，这是因为它们不包含稀有的贵金属，成本较低，但同样能够实现高达100%的激子利用率。尽管基于小分子TADF发光材料的真空沉积OLED在整个可见光谱范围内的器件中表现出出色的效率，但这些化合物容易结晶，并不是理想的溶液加工成膜的材料。另一方面，树枝状聚合物等高分子因其优异的成膜能力、优异的热稳定性和形态稳定性以及对基材的高亲和力而成为溶液加工OLED的完美候选者。目前，用于溶液法加工的绿色和蓝色TADF材料的开发已取得巨大进展，相应的OLED器件表现出超过20%的最大外量子效率（EQE_max）。但相对于绿/蓝光TADF材料，可溶液加工的红光TADF材料开发一直滞后。

近期，Eli Zysman-Colman教授团队设计合成了四种新型橙/红色可溶液加工的TADF树枝状聚合物：2GCzBP、2DPACzBP、2FBP2GCz和2FBP2DPACz（图1），并系统地研究了取代基位置和给体强度对发光材料光电性能的影响。二苯并吩嗪（BP）的11/12位给体取代的发光分子的反向系间窜越速率常数（k_RISC）比3/6位给体取代的化合物快10倍以上。化合物2DPACzBP含有比2GCzBP更强的给体，表现出明显的红移发光峰和更小的单重态-三重态能量分裂（DE_ST=0.01 eV）。

图1. 该工作报道的分子结构及分子设计策略。

图2. (a) 室温下在掺杂在mCP薄膜中的2GCzBP、2DPACzBP、2FBP2GCz和2FBP2DPACz的稳态PL光谱。(b) 10 wt%的2GCzBP、2DPACzBP、2FBP2GCz和2FBP2DPACz掺杂在mCP的薄膜在77 K下的瞬态荧光（1-100 ns）和磷光光谱（1-10 ms）。(c) 2GCzBP、(d) 2DPACzBP、(e) 2FBP2GCz和(f) 2FBP2DPACz掺杂薄膜的温度依赖性时间分辨PL衰减。

溶液法制备的OLED器件采用mCP中掺杂10 wt% 2DPACzBP作为发光层表现出优异的器件性能（图3），其电致发光峰为640 nm，EQE_max为7.8%。同时拥有优异的器件稳定性，在1000 cd m⁻²的亮度EQE已经保持在7.5%。接着作者以4CzIPN分子为敏化剂，制备了HF-OLED器件，其效率得到显著提高，其中基于2DPACzBP的HF-OLED器件发光峰为605 nm，EQE_max提高到20.0%并且在亮度为1000 cd m⁻²下，EQE依旧保持有11.8%，这使得该器件成为迄今为止效率最高的橙光溶液法HF-OLED器件之一。

图3. (a) HF器件所用材料的能级图和分子结构；(b)具有ITO/PEDOT:PSS (40 nm)/mCP:10 wt%发光分子(20 nm)/TmPyPB (45 nm)/LiF (1 nm)/Al结构的2DPACzBP器件的EQE与亮度曲线和电致发光光谱；(c)电流密度和亮度与电压特性的关系；(d) 外部量子效率与亮度曲线；(e) HF器件的电致发光光谱。

论文第一作者为圣安德鲁斯大学司长峰博士，共同通讯作者为圣安德鲁斯大学孙殿明博士和Eli Zysman-Colman教授。详见：Si Changfeng, Sun DIanming, Matulaitis Tomas, Cordes David, Slawin Alexandra, Zysman-Colman Eli. Rational Molecular Design of Efficient Yellow-Red Dendrimer TADF for Solution-Processed OLEDs: A Combined Effect of Sub-stitution Position and Strength of the Donors. https://doi.org/10.1007/s11426-023-1945-8.

扫描二维码或点击左下角“阅读原文”可查阅全文。

【扩展阅读】