從SPIE Optics+Photonics 2017看OLED材料發展(下)

 

刊登日期:2017/12/13
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包郁傑/工研院材化所

Extending the lifetime of blue phosphorescent OLEDs
Author(s): Stephen R. Forrest, Univ. of Michigan (United States)
Forrest教授在這場演講中主要談論關於藍色磷光OLED壽命的問題,其中分享了2017年發表在Nature Communications的Hot excited state management for long-lived blue phosphorescent organic light-emitting diodes。

在過去15年來藍色磷光OLED的壽命一直是尚未解決的問題。較短的壽命是因為當分子產生TTA (Triplet-Triplet Annihilation) 時會處於高能量狀態 (Hot State),此時能量大於6 eV,這樣的能量足以令分子中的化學鍵斷鍵,使材料分子崩壞,降低元件壽命。

為了解決這類問題,本篇論文在發光層中除了Host與Dopant外,引入Molecular Hot State Manager,其機制如圖十七所示。當Host與Dopant在Hot State處於高能量狀態時 (Sn*/Tn*),有著比Host與Dopant的S1與T1能量還要高的Manager則可讓電子從Host或Dopant轉移到其SM與TM能階,接著電子再轉移到Host或Dopant的T1,並放出磷光。如此可避免在Hot State的Host與Dopant產生斷鍵的情況。

圖十七、PHOLED材料之激發態能階與Exciton能量轉換之路徑圖
圖十七、PHOLED材料之激發態能階與Exciton能量轉換之路徑圖

理想的Manager則須具備以下幾項條件:(1) Manager的SM與TM能階必須高於Host或Dopant的S1與T1能階; (2) 電子由Hot State轉移到Manager的速度必須比Host或Dopant斷鍵的速度快; (3) Manager必須具有良好的穩定性。

本篇論文以mer-Ir(pmp)3作為Manager,mCBP為Host以及Ir(dmp)3為Dopant,其化學結構與元件結構如圖十八所示。作者設計了幾種不同的條件去探討Manager的影響,EML以梯度增加Dopant比例 (18-8 vol%) 的元件為GRAD,Dopant比例同樣以梯度增加但同時在EML加入Manager的元件為M0,最後控制Manager在EML不同位置的元件則為M1-M5。

圖十八、Dopant與Manager之元件結構圖
圖十八、Dopant與Manager之元件結構圖

GRAD、M0、M3與M5的EL (Electroluminescence) 光譜如圖十九所示,可以看出四組元件結果幾乎一樣,表示電子在Hot State時順利的轉移到Manager上,並且回到Host或Dopant的T1能階,最後放出磷光。此外,M0、M3與M5有著比GRAD還要高的驅動電壓,這是因為其減少了Dopant的比例,以及由於Manager的HOMO比Dopant還要低,會侷限電洞傳遞,因此驅動電壓較高。另外,在L0 = 1000 cd/m2時含有Manager的元件表現出比GRAD高的EQE。

圖十九、Dopant與Manager之元件效率圖
圖十九、Dopant與Manager之元件效率圖

各元件結果總結於表六,含有Manager的元件皆表現出較高的EQE與壽命,其中M3的壽命表現最好LT90 = 141 h,為GRAD壽命的五倍多。

表六、Dopant與Manager之元件效率
表六、Dopant與Manager之元件效率

 

從以上結果得知,本篇論文利用Manager作為能量轉移的媒介,避免Host與Dopant在Hot State時分子內產生斷鍵,使材料毀損。這樣的策略除了提升了EQE外,元件壽命亦有著大幅度的提升。

Blue emitting square planar metal complexes for displays and lighting applications
Author(s): Jian Li, Arizona State Univ. (United States) 
Li教授在演講中談到發表在Chemistry of Material的Tetradentate Pt(II) Complexes with 6‑Membered Chelate Rings: A New Route for Stable and Efficient Blue Organic Light Emitting Diodes。在過去的研究中,以綠光材料Ir(ppy)3為基準將其化學結構加以修改,使其放射光譜藍位移的方法大致可分為兩種 (如圖廿):(1) 透過在ppy的苯環修飾上拉電子基 (氟) 以降低分子的HOMO軌域,增加 ---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

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