《AFM》：电致发光磁效应研究高效深蓝AIE基OLEDs的机理

来源：高分子科学前沿

【背景及成果介绍】

如今，有机发光二极管（OLEDs）已被广泛应用于显示屏、照明等方面，因而高效、长寿命、低成本的OLEDs是保证其进一步应用的前提。目前，荧光、磷光和热激活延迟荧光（TADF）材料是OLED器件的三种主要发射源。众所周知，它们应该以适当的浓度掺杂在合适的基质中，因而极大的增加了加工技术的难度，并且存在荧光效率低、磷光成本高、磷光和磷光高亮度下严重滚降以及TADF系统都严重限制了其实际应用。

最近，一些具有聚集诱导发射（AIE）效应的有机材料被研制出来改善非掺杂OLED的制备工艺。不同于传统荧光染料中的聚集导致荧光淬灭（ACQ）效应，即使在纯的薄膜状态下，基于AIE的材料也能表现出较强的发射。据报道，通过限制固态分子的旋转，将极大的减少AIE分子的非辐射跃迁，从而在AIE材料聚集时仍保持高效的发射。但是，这种改善发射效率背后的机制仍不清楚。

对于OLEDs的机理，除了常规的测量手段（瞬态吸收、超快时间分辨光谱、表面增强拉曼散射等）以外，磁场效应（MFEs）也成为研究其内在因素的有效工具。基于此，华南理工大学的马东阁教授、乔现锋副研究员和唐本忠院士（共同通讯作者）联合报道了通过电致发光磁效应（MEL）测量基于深蓝AIE材料——4-（4-（2-（二苯基氨基）苯基）-5-苯基-[1, 1’: 2’, 1’’-三联苯基]-4-腈（TPB-AC），发现从高能三重态（T2）到最低单重态（SS1）的转化过程显然与器件效率相关。并且观察到一种特殊的线形，在低飞阶段上升，在高飞阶段处下降。

此外，通过理论计算，并利用与温度有关的MEL和瞬态光致发光特性进一步阐明了该现象。在T2-S1转换过程的基础上，在发射层引入磷光掺杂发射器，可以有效地调节TPB-AC分子上的激子，从而进一步提高了基于TPB-AC的蓝色OLED的EL性能。在1000 cd m-2的亮度下，其最大外部量子效率（EQE）达到7.93％，且EQE保持在7.57％。总之，该工作为将来设计高性能AIE材料和器件奠定了物理基础。

图1、a）具有不同TPB-AC掺杂浓度的TPB-AC基OLEDs的示意图和能级图；b）电流密度-亮度-电压特性；c）施加5 V电压时的归一化电致发光（EL）光谱；d）EQE随亮度变化。

图2、a）在不同的施加电流下，TPB-AC非掺杂OLED的MEL响应；b）计算得出的MEL响应从50-300 mT的斜率值与施加的电流的关系；c）在20 mA的恒定电流下，CBP：TPB-AC OLED的浓度依赖性MEL响应；d）在20 mA恒定电流下，计算得到的MEL响应从50-300 mT的斜率值与TPB-AC掺杂浓度的关系。

【小结】

综上所述，作者发现在TPB-AC AIE分子中存在T2→S1的能量转换过程。因而合理的解释了为什么TPB-AC非掺杂OLEDs的效率超过理论极限的根本原因。此外，由于这种额外的T2→S1过程，TPB-AC非掺杂器件的MEL响应呈现出一个特征的线形，其低磁场强度升高而高磁场强度降低，这两种自旋混合机制，即HFI和Δg因子模型。通过策略性地引入一层蓝色磷光，进一步改善了基于TPB-AC AIE的深蓝OLEDs的EQE效率。总之，这项工作中的这些重要结果将有助于更高效的AIE材料的设计原理，并为通过有效利用更高能量的激子来制造高性能蓝色OLEDs提供了新途径。

全文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201908704