《Organic Electronics》：Reproducible High-efficiency and Color Stable Single-Emitting-Layer cold WOLEDs Based on Inhibition of Energy Transfer and Efficient Exciton Harvesting
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本研究开发了一种基于ESIPT机制的黄色荧光体T4AC，通过hRISC实现高达88.8%的激子利用率。与TADF蓝光发射体共掺杂后，构建了能量转移受抑制的单发射层冷白光OLED，获得11.50%的EQE和27.74 cd A?1的CE，且批次间EQE波动小于0.62%，CIE坐标稳定在(0.181±0.004,0.351±0.030)。
Jinming Li|杨凯赵|林毅宋|刘玉健|张轩康|米宝秀|魏琦|范秋丽|钱燕
南京邮电大学柔性电子国家重点实验室（LoFE）与先进材料研究所（IAM），中国南京210023
摘要
传统的白色有机发光二极管（WOLEDs）通常依赖于不完全的能量转移机制，这通常需要极低的掺杂浓度来实现低能量发射。这在器件制造的重复性和颜色坐标一致性方面带来了显著挑战。在这项工作中，我们开发了一种具有较大斯托克斯位移的热激子黄色发射激发态分子内质子转移（ESIPT）荧光团T4AC。该材料通过高能级反向系间跃迁（hRISC）实现了高达88.8%的激子利用效率。通过将T4AC与热激活延迟荧光（TADF）蓝色发射体DMAc-MPM共掺杂，我们实现了高效且可重复的蓝白色WOLEDs，这些WOLEDs使用单一发射层并具有互补的颜色发射。最小的光谱重叠有效地抑制了能量转移，从而确保了T4AC中的热激子机制和DMAc-MPM中的TADF过程能够独立捕获三重态激子。所得到的器件表现出颜色稳定和高效率的冷白光发射，最大外部量子效率（EQE）为11.50%，电流效率（CE）为27.74 cd A–1。更重要的是，这些蓝白色WOLEDs在多批次生产中表现出优异的重复性，EQE的变化在11.15% ± 0.62%范围内，CIE坐标波动限制在（0.181 ± 0.004, 0.351 ± 0.030）的狭窄范围内。这项研究为开发结构简单、高效且可重复制造的冷白色WOLEDs提供了一种可行的策略。
引言
有机电致发光器件（OLEDs）作为新一代平面光源和显示技术，由于其低能耗、高柔性和宽视角而在智能和个人化显示中展现出巨大的应用潜力[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10]。其中，白色OLEDs（WOLEDs）对于全彩显示和固态照明至关重要，并且是健康照明的关键平台；其性能优化一直是研究的重点[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]。特别是单发射层WOLEDs由于其简单的结构和易于制造而受到了广泛关注[19]、[20]、[21]。然而，传统的WOLEDs主要依赖于不同发射体之间的部分能量转移来实现理想的白色CIE坐标[22]。这种机制通常需要极低的低能量发射体掺杂浓度，这不可避免地会导致颜色偏移和器件退化，从而导致颜色不稳定和制造重复性差。此外，基于能量转移的WOLEDs通常发出暖白色光，难以实现冷白光发射。
如果可以将不同颜色的发射体（它们之间没有能量转移）应用于发射层，这些问题就可以得到解决，从而获得CIE坐标稳定、制造重复性高且具有冷白光发射的WOLEDs。表现出激发态分子内质子转移（ESIPT）的荧光团是理想的低能量发射体候选者，因为它们由于在激发态下的快速烯酮互变异构作用而具有较大的斯托克斯位移，从而最小化了光谱重叠[23]、[24]。
此外，传统的荧光材料在单重态激子比例上受到自旋统计的限制（≤ 25%），其EQE理论上不超过5%。突破这一限制的关键在于通过诸如直接从三重态发射的磷光[4]、[25]、[26]、通过三重态-三重态湮灭（TTA）实现的上转换荧光[27]、[28]、[29]、利用反向系间跃迁（RISC）从最低三重态到单重态的热激活延迟荧光（TADF）[30]、[31]、[32]、[33]、[34]、[35]，以及利用高能三重态（Tn, n≥2）的热激子荧光（hRISC）[36]、[37]、[38]、[39]、[40]、[41]、[42]等策略来高效捕获三重态激子。其中，磷光、TADF和热激子荧光团原则上可以实现100%的激子利用效率。
在这项工作中，我们开发了一种热激子ESIPT荧光团N-(3-(苯并[d]噻唑-2-基)-4-羟基苯基)蒽-9-羧酰胺（T4AC），它通过其较大的斯托克斯位移有效阻止了高能量发射体的能量转移，并通过hRISC实现了高效的激子利用。通过将T4AC与TADF蓝色发射体共掺杂到发射膜中，我们实现了能量转移受阻的高效率冷白光单发射层WOLEDs，具有优异的重复性和颜色稳定性。
实验部分
实验部分
吸收和发射光谱分别使用PerkinElmer Lambda 35 UV–vis分光光度计和Shimadzu RF-6000荧光分光光度计进行测量，荧光衰减光谱使用Edinburgh FLSP920寿命光谱仪记录。密度泛函理论（DFT）计算使用Gaussian09软件包进行。几何优化和激发能量计算是在B3LYP杂化函数和6-31G (d,p)基组下进行的。
黄色发射T4AC的光谱特性
T4AC的溶剂依赖性在吸收光谱中可以忽略不计，而在荧光光谱中则非常明显（图1）。吸收曲线几乎不变，最大吸收峰仍然位于362–364 nm（图1a）。烯醇异构体（412–415 nm，肩峰在430和470 nm附近）和酮异构体（544–546 nm）的发射峰位置也几乎没有变化，但它们的相对比例发生了显著变化（图1b）。随着溶剂极性的增加，蓝色和黄色的
结论
我们开发了一种热激子黄色OLED材料，其激子利用效率高达88.8%，这得益于烯醇和酮异构体中的hRISC通道。利用其高效的激子捕获能力和较大的斯托克斯位移，我们通过与蓝色TADF发射体共掺杂，实现了高效且颜色稳定的互补色蓝白色WOLEDs。所得到的冷白光WOLEDs的最大EQE为11.50%，CE为27.74 cd A–1。
作者贡献声明
杨凯赵：撰写——原始草稿、可视化、验证、方法论、研究、形式分析、概念化。金明李：资源获取、研究、数据管理。钱燕：撰写——审阅与编辑、验证、监督、项目管理、资金获取、概念化。魏琦：撰写——审阅与编辑、验证、方法论、研究、数据管理。范秋丽：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、方法论、资金
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所报告工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者对中国国家自然科学基金（62175115, 62575144）、有机电子与信息显示协同创新中心以及江苏省高等教育机构重点学术计划发展（PAPD）的财政支持表示衷心的感谢。
