2. 热烈庆祝普瑞材料研发的新型[3+2+1]磷光OLED材料工作在英国皇家化学会RSC旗舰期刊《Chemical Science》上发表

发布日期：2021-07-30 11:39
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      近日，深圳普瑞材料技术有限公司在英国皇家化学会RSC旗舰期刊 Chemical Science 上发表题为“Phosphorescent [3 + 2 + 1] coordinated Ir(III) cyano complexes for achieving efficient phosphors and their application in OLED devices”的论文，并入选为内封文章。该文章设计开发了一种新型的[3+2+1]配位构型的磷光铱金属配合物，由于此配位构型具有灵活可替换的优点，化合物的发射光波长可以轻易地从紫外光调节至红光区域，实现可见光谱的全覆盖。并且因为引入了具有强拉电子和σ供给能力的氰基（-CN），这些化合物展示了很高的光致发光量子产率（PLQY 高达 81%）和热力学、电化学稳定性。以此类蓝色磷光化合物作为客体材料制备的 OLED 器件展现了良好的外量子效率（EQE 高达 22.94 %）和较低的效率滚降（5.7% 在 1000 cd m-2 亮度下），并且其器件寿命达到以著名蓝色磷光材料 FIrpic 所制备相同器件的四倍以上。该项工作将为高效率、长寿命的 OLED 材料与器件设计提供有价值的参考。

研究背景

       有机电致发光二极管（OLED）是新一代的全彩显示技术，具有主动发光、柔性显示、视角广、色域宽、图像清晰、轻薄等优势，已经广泛应用于各种高端电子产品如手机、电视、手表等。而且，OLED使用功率低和工作温度范围宽等特点，使其在照明和航空航天领域具有巨大的应用潜力。磷光有机电致发光二极管（PhOLED）能够同时利用单重态和三重态激子，实现 100% 的内量子效率（IQE），PhOLED 直接为有源矩阵 OLED（AMOLED）的商业化作出了贡献，磷光材料也成为 OLED 发光层材料发展的主要方向。相比于绿光和红光 PhOLED，蓝光 PhOLED 的发展缓慢，这主要是由于缺乏同时具有高效率与长寿命的蓝色磷光材料。目前，具有三双齿[2+2+2]和双三齿[3+3]配位构型的磷光铱金属化合物已被广泛研究，但是，高效率的[3+2+1]型的中性铱金属配合物还未见报道。为此，我们设计合成了一系列新型的[3+2+1]配位构型的磷光铱金属配合物，展现出高发光效率、良好的稳定性、发光波长可调谐性和高 OLED 器件效率、低滚降以及长寿命等特点。


本篇论文

       该[3+2+1]配位构型铱金属配合物通过两步反应合成（图1），首先，将三齿氮杂环卡宾（NHC）配体与铱金属前体（[Ir(μ-Cl)(COD)]2）反应得到中间体，该中间体不经分离提纯直接与双齿配体（C^N 或 C^C）反应得到Ir(III)–Br或Ir(III)–I配合物。第二步，利用 Ir(III)–Br或Ir(III)–I配合物与氰化银或氰酸银的复分解反应得到相应的Ir(III)–CN或Ir(III)–OCN配合物。这些化合物的结构还通过单晶X-射线衍射进行表征。



图1. [3+2+1]型铱金属配合物的合成路径


      接下来，文章研究了这些化合物的光物理、电化学性质和热稳定性。通过替换双齿配体，发射波长可以轻易地在可见光区域进行调节（386–609 nm；图2）。相比于经典的[2 + 2+ 2]型铱配合物和Ir(III)–Br、Ir(III)–I、Ir(III)–OCN配合物，在含有相同配体的情况下，具有氰基（–CN）的Ir(III)–CN配合物展示出10–30 nm的发射波长蓝移，这是由于氰基的强拉电子效应，降低了HOMO能级。另外，文中大部分的蓝光Ir(III)–CN配合物的PLQY都超过50%，其中发深蓝光的dfpypy-CN的绝对发光量子效率高达81%，这是迄今为止所报道过的最好深蓝光材料之一。


图2. [3+2+1]型铱金属配合物的发光光谱和发光颜色


       随后，文章还研究了这些材料在OLED器件上的应用（图3）。以dfppy-CN作为发光材料，CzSi为主体材料所制备的蓝光OLED（Device VI： ITO/HAT-CN (5 nm)/TAPC (30 nm)/TCTA (10 nm)/CzSi (3 nm)/CzSi (Ir complex)/TSPO1 (40 nm)/LiF (1.2 nm)/Al (100 nm)）的器件外量子效率（ηExt）达到22.94%、最大电流效率（ηL）为34.1 cd A-1、最大功率效率（ηP）为24.5 lm W-1、CIE坐标为（0.14, 0.24）。Device VI在100 cd m-2亮度下的蓝色指标（blue index; ηP/CIEy）为141.9，超过了绝大多数CIEy值小于0.25且基于铱配合物的蓝光OLED器件（一般为120）。而且该器件在1000 cd m-2亮度下的效率滚降仅为5.7%，这是迄今为止所报道过的最好蓝光OLED之一。此外，ppy-CN和ppy-OCN的器件寿命也进行了测试，在400 cd m-2亮度下，以ppy-CN和ppy-OCN制备的OLED器件寿命LT50分别为85.7 h和99.9 h。值得注意的是，该寿命达到了以经典蓝光材料FIrpic所制备的相同器件的4倍以上（20.1 h）。证明以[3+2+1]配位构型铱金属配合物所制备的OLED器件在具备高效率的同时，也具有良好的稳定性。以该类材料制备的高效红光、绿光OLED器件研究正在进行中。本工作为高效率磷光材料的设计提供了新的思路，在OLED全色显示和照明上极具应用前景。
图3. 以[3+2+1]型铱金属配合物制备OLED的器件结构和性能

论文信息

Phosphorescent [3+2+1] Coordinated Ir(III) Cyano Complexes in Achieving Efficient Phosphors and Their Application into OLED Devices
Yuan Wu (吴远博士, 深圳普瑞材料技术有限公司), Chen Yang* (杨琛博士, 深圳普瑞材料技术有限公司), Jie Liu, Meng Zhang, Weiqiang Liu, Wansi Li, Chengcheng Wu, Gang Cheng,* Qingdan Yang,*  Guodan Wei* and Chi-Ming Che
Chem. Sci., 2021, 12, 10165-10178.

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