纯绿色顶发射有机发光二极管：面向REC.2020标准，具有超窄的全宽半高值特性

《Dyes and Pigments》：Pure-green Top-Emitting Organic Light-Emitting Diodes toward REC.2020 Standard with Ultra-narrow Full-Width at Half-Maximum

TADF材料通过增强ICT过程促进RISC提升OLED效率，但导致光谱展宽和颜色纯度下降。本研究采用顶发射微腔结构，第一级微腔使绿光器件半峰宽从93nm降至33nm，EQE提升61%；第二级微腔将半峰宽进一步压缩至21nm，色准(0.164,0.761)接近REC.2020标准，实现色纯度优化。

　　

作者：屈宇航|杨浩然|孙国东|夏晓阳|周亮|王莉

吉林师范大学化学学院，四平市，136000，中华人民共和国

摘要

热激活延迟荧光（TADF）材料通过增强分子内电荷转移（ICT）过程，促进了反向系间跃迁（RISC），从而提高了激子的利用率，并显著提升了有机发光二极管（OLED）的效率。然而，ICT过程也会导致光谱宽度增加和色彩纯度降低。本文采用顶发射结构来缩小发射光谱并提高光提取效率。实验结果表明，与底发射有机发光二极管（BE-OLED）相比，基于一级微腔结构的器件在半高宽（FWHM）和色彩纯度方面得到了显著优化。FWHM从93纳米降低到33纳米，外部量子效率（EQE）提高了61%，表明器件效率更优。二级微腔结构的FWHM进一步降至21纳米，其国际照明委员会（CIE）坐标为（0.164, 0.761），非常接近REC.2020标准。我们的方法简单且能有效提高制备器件的色彩纯度，这有助于推动OLED在高色域显示器中的应用。

引言

自从唐等人发明电致发光（EL）器件以来，有机发光二极管（OLED）由于其出色的显示和照明性能而受到越来越多的关注，并经历了加速发展[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]。在过去几十年中，TADF材料的应用是OLED发展的一个重要进展[7]。TADF材料的特点是单重态-三重态能量间隙（ΔE_ST）很小，这促进了通过反向系间跃迁（RISC）将三重态激子转化为单重态激子，并理论上实现了100%的内部量子效率（IQE）[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]。基于TADF材料的OLED表现出显著的性能，但通常伴随着分子内电荷转移（ICT）现象。这种现象导致光谱宽度较大（半高宽FWHM > 40纳米）和色彩纯度较低[14]。此外，OLED发出的光会受到复杂的干涉作用，进一步放大光谱宽度和色彩失真。这些挑战阻碍了TADF材料在高色彩纯度显示技术中的直接应用[15]、[16]。 在顶发射有机发光二极管（TE-OLED）中，半透明阴极、反射阳极和内部有机层之间形成了光学微腔结构[17]、[18]。微腔内的光经过多次反射、散射、衍射等相互作用，产生了微腔效应[19]、[20]。这种效应有效地缩小了发射光谱宽度，提高了器件效率，并改善了色彩纯度，这对于高色域显示器特别有益[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]、[27]。因此，利用微腔效应是一种实用的手段来缩小OLED的光谱范围。赵等人使用Ag/ITO作为阳极开发了TE-OLED，实现了30纳米的窄FWHM，显著提高了色彩纯度[28]。微腔效应的阶数，特别是共振模式的阶数，对器件的光学性能至关重要。低阶微腔效应通常能提供良好的性能，但色彩纯度不够理想；相反，高阶微腔效应可以有效缩小发射光谱，从而显著提高色彩纯度。林等人通过精确控制空穴传输层（HTL）的厚度，制备出了二级微腔器件，这些器件的FWHM降低，色彩纯度得到改善[29]、[30]、[31]。李等人通过改变阴极厚度和修改微腔结构，成功制备出了窄光谱和高效率的TE-OLED[32]。这些研究表明，在器件设计中选择合适的微腔阶数是一个关键因素。 在这项工作中，基于绿色TADF材料（4s,6s）-2,4,5,6-四(9H-咔唑-9-基)异酞腈（4CzIPN）设计并制备了一系列高色域TE-OLED，构建了一级和二级微腔结构。详细研究了微腔效应对TE-OLED光谱特性和性能的影响。实验结果表明，高阶微腔效应能够更显著地缩小光谱宽度并提高色彩纯度。与底发射有机发光二极管（BE-OLED）相比，所得TE-OLED具有更窄的发射光谱和更高的效率。最优的一级微腔器件分别实现了25.25%的外部量子效率（EQE）、93.70 cd/A的电流效率（CE）和90.03 lm/W的功率效率（PE）。二级微腔器件的FWHM为21纳米，其国际照明委员会（CIE）坐标为（0.164, 0.761），接近REC.2020标准（0.170, 0.797）。

化学材料

本研究中使用的所有有机材料均为商业购买的产品，无需进一步纯化即可直接使用。

器件制备

TE-OLED是在玻璃基板上制备的，首先使用洗涤剂和超纯水清洗基板，然后用超纯水冲洗并在烤箱中干燥。当真空压力低于5.0 × 10^-5 Pa时，在金属真空室内将Ag沉积在玻璃基板上作为阳极。随后，制备有机材料...

结果与讨论

首先制备了底发射有机发光二极管（BE-OLED），其结构为ITO/1,4,5,8,9,11-六氮杂三苯并六氰化物（HAT-CN）（8 nm）/HAT-CN（0.3 wt%）：二-[4-(N,N-二对甲苯氨基)-苯]环己烷（TAPC）（40 nm）/TAPC（10 nm）/三(4-H-咔唑-9-基)苯胺（TCTA）（10 nm）/发射层（EML）/1,3,5-三(6-(3-吡啶-3-基)苯基)吡啶-2-基)苯（Tm3PyP26PyB）（60 nm）/LiF（1 nm）/Al（100 nm）。器件结构、能级图和分子结构见图S1...

结论

总之，本研究提出了一种有效的策略来缩小发射光谱并提高器件的色彩纯度。通过构建微腔结构，成功实现了高性能的高色域绿色TE-OLED。实验结果表明，微腔效应对特定波长有显著影响，可缩小FWHM并提高色彩纯度。具体而言，一级微腔结构的FWHM从93纳米降低到33纳米... 王莉：撰写、审稿与编辑、监督、方法论、数据管理。 周亮：撰写、审稿与编辑、监督、项目管理、方法论、资金申请。 屈宇航：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、软件使用、方法论、数据管理、概念构思。 夏晓阳：数据管理。 孙国东：数据管理。 杨浩然：数据管理。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。

致谢

作者感谢内蒙古包头稀土研究院“技术开发”项目（2025KF13）、稀土新材料技术创新中心应用示范项目（G2025-Y-10(42)-17(79)）、中国科学院青年学者计划（资助编号：2022-028）、吉林省“科技发展”计划项目（YDZJ202401317ZYTS）以及研究仪器和设备开发项目的财政支持。