Ultra-Deep-Blue Aggregation-Induced Delayed Fluorescence Emitters: Achieving Nearly 16% EQE in Solution-Processed Nondoped and Doped OLEDs with CIEy < 0.1
- 단일성분 OLED 활성층을 구현하기 위한 발광재료 합성 및 소자 성능 평가 연구
(Adv. Funct. Mater,. 2021, 31, 2102588 IF : 18.808)
초록
Ultra-deep-blue aggregation-induced delayed fluorescence (AIDF) emitters (TB-tCz and TB-tPCz) bearing organoboron-based cores as acceptors and 3,6-substituted carbazoles as donors are presented. The thermally activated delayed fluorescence (TADF) properties of the two emitters are confirmed by theoretical calculations and time-resolved photoluminescence experiments. TB-tCz and TB-tPCz exhibit fast reverse intersystem crossing rate constants owing to efficient spin-orbit coupling between the singlet and triplet states. When applied in solution-processed organic light-emitting diodes (OLEDs), the TB-tCz- and TB-tPCz-based nondoped devices exhibit ultra-deep-blue emissions of 416-428 nm and high color purity owing to their narrow bandwidths of 42.2-44.4 nm, corresponding to the Commission International de l ' Eclairage color coordinates of (x = 0.16-0.17, y = 0.05-0.06). They show a maximum external quantum efficiency (EQE(max)) of 8.21% and 15.8%, respectively, exhibiting an unprecedented high performance in solution-processed deep-blue TADF-OLEDs. Furthermore, both emitters exhibit excellent device performances (EQE(max) = 14.1-15.9%) and color purity in solution-processed doped OLEDs. The current study provides an AIDF emitter design strategy to implement high-efficiency deep-blue OLEDs in the future.
기존의 OLED 소자에서 발광층(EML) 내 도펀트 분자들 간의 상호작용에 의한 발광효율 감소문제(예시: aggregation caused quenching)를 해결하기 위해 도입되었던 호스트/도펀트 혼합물질계는 두 재료를 동시에 다루기 때문에 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 서로 다른 분자 사이의 접촉 계면에서의 물리적인 상 분리 현상이 유도되어 비효율적 에너지 전달에 의해 발광효율의 감소를 초래하는 단점이 존재하였다. 이러한 한계점은 호스트/도펀트 일체형 단일재료의 발광층 재료 도입을 통해 극복할 수 있었다. 본 연구에서는 유기 붕소 기반 전자 받개에 카바졸 유도체를 전자 주개로 도입하여 응집 유도 지연 형광물질을 합성하였다. 이론계산 및 시분해 발광 실험으로 확인된 두 발광체는 단일항과 삼중항 사이의 효율적인 스핀-궤도 결합으로 인해 빠른 역 계간 전이 속도 상수를 나타내었다. 또한 기존의 발광체들은 응집에 의한 소광현상이 일어나는 반면, 해당 발광체는 응집될수록 형광 세기가 증가하여 발광체 구성에 추가적인 호스트의 도입을 배제할 수 있었다. TB-tCz- 및TB-tPCZ 기반의 단일 소자는 최대 외부양자효율 각각 8.21%, 15.8%, 42.2-44.4nm의 좁은 반치폭을 나타내어, 용액공정 단순소자 deep-blue TADF-OLED에서 전례없는 성능과 색순도를 보였다.