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Nov 12, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 7644 (2023) Citer cet article

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Une variété considérable de combinaisons donneur-accepteur (D-A) offre la possibilité de réaliser des matériaux à fluorescence retardée activée thermiquement (TADF) très efficaces. Les composés multiples de type D–A sont l'une des familles prometteuses de matériaux TADF en termes de stabilité et d'efficacité. Cependant, ces émetteurs sont toujours composés de donneurs à base de carbazole malgré un large choix de fragments utilisés dans les molécules D – A simples liées linéairement. Ici, nous avons développé un composé TADF de type D – A multiple avec deux unités donneuses distinctes de 9,10-dihydro-9,9-diméthylacridine (DMAC) et de carbazole comme conception hétéro-donneuse. Le nouvel émetteur présente un rendement quantique de photoluminescence élevé (PLQY) dans diverses conditions, notamment un mélange de milieux polaires et des concentrations élevées. Les diodes électroluminescentes organiques (OLED) ont montré une efficacité quantique externe (EQE) raisonnablement élevée. De plus, nous avons révélé que les molécules de type D-A multiples présentaient une meilleure photostabilité que les molécules de type D-A unique, tandis que la stabilité opérationnelle des OLED implique d'autres facteurs dominants.

La fluorescence retardée activée thermiquement (TADF) est devenue l'émetteur de troisième génération dans les diodes électroluminescentes organiques (OLED), ce qui facilite la récolte des excitons singulet et triplet par croisement intersystème inverse (RISC), résultant en une efficacité quantique interne de 100% (IQE )1. Ce phénomène se produit à température ambiante en raison d'un petit écart d'énergie triplet simple (ΔEST) entre les états singulet et triplet excités les plus bas (S1 et T1), qui peut être réalisé en séparant spatialement l'orbite moléculaire occupée la plus élevée (HOMO) et la plus basse. orbitale moléculaire inoccupée (LUMO). Ainsi, la conception moléculaire unique des émetteurs TADF est basée sur divers types d'unités donneuses (D) et acceptrices (A)2,3,4,5. L'intérêt récent dans le domaine de recherche de TADF est lié au contrôle des constantes de vitesse, par exemple, la maximisation du taux RISC (kRISC)6,7,8,9,10,11,12,13,14. Le kRISC rapide peut réduire les excitons triplets à longue durée de vie, ce qui contribuerait à réduire les pertes d'excitons et la diminution de l'efficacité15,16. Étant donné que les émetteurs fluorescents présentent généralement une meilleure stabilité que la phosphorescence et les émetteurs TADF avec des excitons triplet à haute énergie, un autre avantage attendu du kRISC rapide est l'amélioration de la durabilité du dispositif, qui a été un problème sérieux et de longue date dans les applications de TADF17,18 ,19,20. Cependant, les relations entre la durabilité de l'appareil, le kRISC et les structures moléculaires n'ont pas été comprises de manière exhaustive. Par exemple, une série de composés avec des donneurs de carbazole et des accepteurs de benzonitrile représentés par 4CzIPN ont atteint des stabilités élevées satisfaisantes malgré un kRISC modérément rapide (~ 106 s-1)1,21. Du point de vue de la structure chimique, les multiples unités donneuses permettent non seulement la variation des interactions D – A et de la force de transfert de charge (CT), mais également les interactions intramoléculaires π – π et l'effet de délocalisation, qui peuvent être associés à la stabilité élevée22. De plus, la stratégie hétéro-donneur introduisant de deuxièmes unités donneuses pourrait encore améliorer les stabilités en plus des propriétés photophysiques23,24. Cependant, les conceptions à donneurs multiples et hétéro-donneurs sont toujours basées sur des donneurs à base de carbazole tels que le carbazole parent et le carbazole 3,6-disubstitué25,26,27,28,29. Par conséquent, il est souhaitable de vérifier les stratégies de donneurs multiples et hétéro en incorporant un type de donneur différent et en les comparant à des molécules D – A uniques liées linéairement.

Dans cet article, nous avons développé une nouvelle molécule de type donneur multiple et hétéro, nommée 2Cz2DMAC2BN (Fig. 1, encart), constituée de deux carbazole (Cz), deux 9,10-dihydro-9,9-diméthylacridine (DMAC), et deux unités benzonitrile (BN) reliées au cycle phényle central. Les émetteurs à base de DMAC forment un CT fort en raison de la nature donneuse plus forte du DMAC par rapport au Cz et de la structure plus tordue. En se combinant avec le fragment accepteur faible, les couleurs d'émission de 2Cz2DMAC2BN apparaissent du bleu ciel au vert, ce qui rend possible une variété de choix d'émetteurs de référence. De plus, un rendement quantique photoluminescent élevé (PLQY) et un petit ΔEST prouvent des propriétés TADF efficaces pour 2Cz2DMAC2BN. Ainsi, les stabilités de certains types différents d'excellents matériaux TADF ayant des propriétés photophysiques similaires ont été comparées en conséquence. L'analyse des paramètres photophysiques et des stabilités de ces composés permettrait de mieux comprendre la relation structure-propriété dans les conceptions à donneurs multiples et hétéro-donneurs.

( a ) Spectres d'absorption et de fluorescence à température ambiante et spectre de phosphorescence à 77 K pour 2Cz2DMAC2BN dans le toluène. En médaillon : Structures chimiques de 2Cz2DMAC2BN. ( b ) Spectres PL pour les films dopés 2Cz2DMAC2BN de mCBP et le film 2Cz2DMAC2BN pur. ( c ) Dépendance à la température de la décroissance transitoire du PL pour un film dopé à 6% en poids -2Cz2DMAC2BN de mCBP.

Le composé a été facilement synthétisé à partir de 1,4-dibromo-2,3,5,6-tétrafluorobenzène disponible dans le commerce en trois étapes avec le couplage de Suzuki suivi d'une réaction SNAr (méthodes supplémentaires S1)29. Le DMAC déprotoné en présence d'hydrure de sodium a attaqué la position 2,5 des dérivés tétrafluorés. Les fractions DMAC relativement volumineuses empêchent des substitutions supplémentaires même dans les quantités excessives de nucléophiles. Ainsi, le SNAr suivant utilisant l'anion carbazole N forme le composé cible avec de bons rendements. Le produit a été soigneusement purifié par Chromatographie sur colonne, recristallisation et sublimation sous vide. La structure moléculaire a été confirmée par analyse monocristalline aux rayons X (Fig. S1 supplémentaire). Le cristal contient deux molécules indépendantes avec un centre d'inversion, où les angles dièdres entre le DMAC et le centre des anneaux phényle (Ph) varient de 77° à 90°. Étant donné que l'angle calculé est de 79 ° (Fig. S2 supplémentaire), l'effet de compactage peut provoquer des structures fortement tordues. Ce résultat suggère un certain degré de liberté pour la rotation des anneaux substitués. Puisque la liaison DMAC-Ph est considérée comme fortement tordue près de 90° dans les états excités à cause du CT30, la molécule devrait facilement former des géométries stables dans les états excités.

Les caractéristiques photophysiques de 2Cz2DMAC2BN ont été entièrement caractérisées en solution et à l'état solide (Fig. 1). Un PLQY élevé de 91 % a été obtenu dans le toluène, où le petit ΔEST de 0, 01 eV et une durée de vie retardée rapide (τd) de 3, 8 µs ont également été atteints (tableau 1), indiquant des propriétés TADF efficaces. Ces propriétés sont comparables à celles du 4CzIPN qui est l'une des meilleures molécules vertes de TADF1. Le spectre de phosphorescence dans le toluène à 77 K a montré des pics d'épaulement, indiquant que l'état T1 a un caractère d'état localement excité (LE). Le triplet LE (3LE) de Cz et DMAC est relativement élevé à > 3,0 eV31. Bien que le 3LE de BN-Ph-BN ait été signalé comme étant de 2,9 eV29, le DMAC hautement tordu pourrait offrir l'espace nécessaire pour planariser les anneaux BN-Ph-BN, entraînant une diminution de 3LE. Fait intéressant, 2Cz2DMAC2BN a montré un PLQY constamment élevé même dans des solvants polaires tels que l'acétone, ce qui est une nette différence avec 4CzIPN (Fig. S3 et tableau S1 supplémentaires). Cette caractéristique suggère un grand potentiel pour maintenir un PLQY élevé dans des concentrations de dopage élevées, y compris dans des conditions soignées, où les molécules TADF ayant des structures D – A peuvent réduire le PLQY en tant que milieu polaire. De plus, la structure centrosymétrique de 2Cz2DMAC2BN conduit à une faible polarité.

En fait, les films de mélange de 2Cz2DMAC2BN et de mCBP (3,3′-di(9H-carbazol-9-yl)-1,1′-biphényl) ont conservé une PLQY proche de l'unité à des concentrations de dopage de 6 à 50 % en poids (Fig. 1b et tableau 1). Les longueurs d'onde d'émission ont également montré de petits décalages vers le rouge. Celles-ci sont avantageuses pour optimiser l'OLED car les concentrations de dopage dans la couche émissive (EML) affectent de manière significative la capacité de transport de charge. Le ΔEST et τd sont comparativement bons avec ceux de la solution. La dépendance à la température de la décroissance transitoire du PL a clairement montré le comportement typique de TADF avec l'augmentation de la fluorescence retardée (Fig. 1c). Les propriétés optiques dans d'autres hôtes tels que le CCP (9-phényl-9H-3,9′-bicarbazole) et le PPT (2,8-bis(diphényl-phosphoryl)-dibenzo[b,d]thiophène) sont également excellentes bien que la polarité du PPT est relativement plus élevée que celle du mCBP (Fig. S4 et tableau S2 supplémentaires)32. Le kRISC calculé est proche de 106 s−1, ce qui est similaire à celui du 4CzIPN. Le film pur présentait également de bonnes propriétés d'émission avec un PLQY de 76 %, indiquant la suppression de l'extinction de la concentration. Le maximum d'émission dans le film pur n'est que de 24 nm décalé vers le rouge par rapport à celui d'un film dopé à 6% en poids de mCBP (Fig. 1b). Ces résultats démontrent de manière adéquate les propriétés d'émission efficaces de 2Cz2DAMC2BN.

Pour démontrer les propriétés TADF efficaces de 2Cz2DMAC2BN, les OLED ont été fabriquées selon le rapport pour 4CzIPN21. Les structures du dispositif sont ITO (100 nm)/HAT-CN (10 nm)/Tris-PCz (30 nm)/couche de blocage d'électrons (EBL) (5 nm)/x-wt%-2Cz2DMAC2BN:hôte (30 nm)/ couche de blocage des trous (HBL) (10 nm)/BPy-TP2 (40 nm)/Liq (2 nm)/Al (100 nm), où HAT-CN est dipyrazino[2,3-f:2′,3′- h]quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile, Tris-PCz est 9,9′,9″-triphényl-9H,9′H,9″H-3,3′:6′, 3″-tercarbazole, BPy-TP2 est le 2,7-bis(2,2′-bipyridine-5-yl)triphénylène et Liq est le 8-hydroxyquinolinolato-lithium (Fig. S5 supplémentaire). Les dispositifs avec des hôtes mCBP et CCP ont l'EBL de la couche nette de chaque matériau hôte et le HBL de T2T (2,4,6-tris(biphényl-3-yl)-1,3,5-triazine). Les appareils avec un hôte PPT ont l'EBL de mCBP et le HBL de PPT. Les niveaux d'énergie HOMO – LUMO de 2Cz2DMAC2BN ont été estimés à -5, 4 et -2, 5 eV à partir des mesures électrochimiques, où les processus redox se sont avérés stables (Fig. S6 supplémentaire). Les énergies HOMO – LUMO dans le film pur mesurées par la spectroscopie de rendement de photoélectrons et l'écart d'énergie optique étaient de -5, 75 et -3, 15 eV. Les matériaux hôtes de mCBP et CCP constitués d'anneaux Ph et Cz sont de type p tandis que l'hôte PPT avec oxyde de phosphine est de type n. Cependant, les propriétés de transport des porteurs de charge dans l'EML seraient modifiées en fonction des concentrations de dopage de 6, 15 et 50 % en poids de 2Cz2DMAC2BN bipolaire.

Le dispositif mCBP dopé à 6% en poids de 2Cz2DMAC2BN a montré un EQE raisonnablement élevé de 19%, bien que la réduction de l'efficacité soit légèrement importante (Fig. 2 et Tableau 2). L'EQE théorique est calculé à 20% à partir de l'équilibre des porteurs estimé à 100% et de l'efficacité d'utilisation des excitons, du PLQY expérimental de 95% et de l'efficacité de découplage simulée de 21% (Fig. S7 supplémentaire), ce qui est cohérent avec le résultat expérimental. La densité de courant (J)-tension (V) et les caractéristiques de coupure ont été améliorées avec l'augmentation des concentrations de dopage puisque la zone de recombinaison s'est déplacée vers le centre en améliorant le transport d'électrons dans l'EML comme observé dans les dispositifs de 4CzIPN21. Bien que les valeurs PLQY soient presque les mêmes pour les films mCBP dopés à 6–50% en poids, les valeurs EQE maximales ont légèrement diminué en raison de certains processus de trempe. Les caractéristiques J – V des dispositifs utilisant des hôtes CCP sont indépendantes des concentrations de dopage (Fig. 2), ce qui indique que la recombinaison s'est toujours produite à l'interface EML / HBL. Cela est dû à la mobilité nettement plus élevée des trous du film hôte CCP, comme le confirment les dispositifs à trous uniquement et à électrons uniquement (HOD et EOD) (Fig. S8 supplémentaire). Cependant, les caractéristiques EQE des dispositifs CCP dépendent fortement des concentrations de dopage. Le dispositif CCP dopé à 50 % en poids a également suggéré l'existence de l'extinction de l'exciton dans la concentration de dopage élevée, probablement en raison de l'augmentation de l'état anionique radical de 2Cz2DMAC2BN qui a provoqué l'annihilation. D'autre part, le transport d'électrons dans l'invité 2Cz2DMAC2BN peut être faible dans les appareils utilisant un hôte PPT de type n. Bien que la faible concentration de dopage de 6 % en poids ait montré une atténuation relativement importante en raison d'une faible mobilité des trous, le dispositif PPT dopé à 15 % en poids a montré de meilleures caractéristiques d'atténuation et un EQE global que les dispositifs de type p. Fait intéressant, la durée de vie opérationnelle du dispositif PPT est meilleure que celle des dispositifs mCBP et CCP (Fig. S9 supplémentaire) malgré le fait que les stabilités des composés à base d'oxyde de phosphine sont connues pour être bien inférieures à celles des composés à base de carbazole33. Ainsi, la stabilité de l'anion radical de 2Cz2DMAC2BN pourrait être dominante, ce qui peut s'expliquer par la faible énergie de dissociation de la liaison C – N à l'état d'anion radical34.

Performances OLED pour les appareils basés sur 2Cz2DMAC2BN. (a–c) Les appareils avec hôte mCBP. (d–f) Les appareils avec hôte CCP. (g–i) Les appareils avec hôte PPT. (a,d,g) Caractéristiques densité de courant-tension. (b,e,h) caractéristiques EQE-luminance. (c,f,i) Spectres EL dans les OLED à 6 V.

Pour mieux comprendre les problèmes de stabilité, nous avons comparé quatre matériaux TADF différents, 2Cz2DMAC2BN, 4CzIPN1, ACRXTN35 et DACT-II36, en nous concentrant sur les types de structures donneuses (Fig. 3). Bien que 2Cz2DMAC2BN ait deux types de donneurs de Cz et de DMAC, les fragments DMAC fournissent le niveau HOMO de la molécule en raison de la nature de donneur plus forte du DMAC par rapport aux fragments Cz. Ainsi, le HOMO de 2Cz2DMAC2BN était moins profond que celui de 4CzIPN (environ -5,4 eV contre environ -5,8 eV) bien que les deux molécules aient quatre unités donneuses multiples. ACRXTN ayant un seul donneur DMAC a une énergie HOMO légèrement plus profonde (environ -5,7 eV) à 2Cz2DMAC2BN37. DACT-II peut également être considéré comme ayant une seule unité donneuse basée sur le cycle Cz bien que l'énergie HOMO (-5,5 eV) soit légèrement moins profonde en raison des substituants des diphénylamines aux positions 3,6 du carbazole. Les propriétés photophysiques de ces matériaux dans les films purs ont été résumées dans la Fig. S10 et le tableau S3 supplémentaires. Ces composés ont montré une émission verte avec des énergies S1 similaires. De plus, ces matériaux ont également des valeurs de τd similaires de 1 à 2 µs et des valeurs de kRISC de 8 à 10 × 105 s−1, ce qui est considéré comme un paramètre important lié à la stabilité des molécules de TADF. Cependant, les stabilités de l'état excité estimées à partir des changements d'intensité PL en fonction du temps d'irradiation sont largement différentes pour ces composés. Les temps de demi-vie des intensités d'émission sont trois fois plus longs dans 4CzIPN que 2Cz2DMAC2BN et DACT-II, et quatre fois plus longs que dans ACRXTN. Ce résultat ne peut pas être expliqué uniquement par des paramètres photophysiques tels que les niveaux HOMO – LUMO, PLQY, ΔEST et kRISC des matériaux. Ainsi, nous supposons que la stabilité est fortement affectée par les structures chimiques des composés. Ici, nous avons classé deux caractéristiques distinctes, à savoir les molécules D-A à base de donneurs multiples (2Cz2DMAC2BN et 4CzIPN) par rapport aux molécules D-A simples liées linéairement (ACRXTN et DACT-II) et les types de structure de donneur à base de DMAC ( 2Cz2DMAC2BN et ACRXTN) par rapport aux molécules à base de Cz (4CzIPN et DACT-II). Pour la même classe d'unités donneuses, les molécules D–A à base de donneurs multiples ont montré de meilleures stabilités par rapport aux molécules D–A linéaires uniques. Ceci est attribué aux substituants encombrés avec un empilement intramoléculaire π – π. Les échantillons photodégradés de dérivés de carbazole ont montré des produits via la dissociation de la liaison C – N, par exemple, le carbazole et le dicarbazole isophtalonitrile de 4CzIPN38. Ainsi, la délocalisation et la stabilisation de l'état CT dans l'état excité par les interactions donneur-donneur pourraient supprimer la dissociation des unités donneuses. Cela peut également être lié aux résultats selon lesquels les molécules de TADF à base de Cz ont montré une meilleure stabilité que celles à base de DMAC. Les angles dièdres plus grands entre les anneaux DMAC et Ph devraient non seulement affaiblir la force de liaison, mais aussi localiser davantage le D – A dans le CT. Notez que la photostabilité des films dopés a également montré une tendance similaire (Fig. S11 et tableau S4 supplémentaires).

(a) Structures chimiques des matériaux TADF à l'étude. (b) Photostabilité des matériaux TADF dans les films purs. Changement d'intensité PL en fonction du temps d'excitation irradié par une lumière laser à onde continue à 355 nm (puissance d'excitation de 2,5 W cm-2). Encart : spectres PL pour les films nets. ( c ) Stabilité opérationnelle du dispositif pour l'OLED ayant une EML de mCBP dopé à 15% en poids de TADF. Changement de luminance en fonction du temps de fonctionnement à une luminance initiale de 100 cd m−2. Encart : spectres EL pour les appareils.

Nous avons en outre comparé la durée de vie opérationnelle des appareils basés sur ces quatre émetteurs TADF (Fig. 3), où la structure de l'appareil était ITO (100 nm)/HAT-CN (10 nm)/Tris-PCz (30 nm)/mCBP ( EBL) (5 nm)/émetteurs à 15 % en poids : mCBP (30 nm)/T2T (10 nm)/BPy-TP2 (40 nm)/Liq (2 nm)/Al (100 nm). Seul le 4CzIPN a montré un fonctionnement stable et la durée de vie est plusieurs centaines de fois plus longue que celle des autres matériaux. Bien que la formation de triplets soit énorme dans l'excitation électrique, les kRISC de ces matériaux sont du même ordre de grandeur. Ainsi, la grande différence avec la stabilité de l'état excité suggère que le chemin de dégradation dominant dans les dispositifs est lié aux espèces chargées. Bien que ACRXTN ait montré une durée de vie légèrement plus longue que 2Cz2DMAC2BN, le fragment DMAC semble essentiellement causer la stabilité inférieure. Comme mentionné ci-dessus, la stabilité de l'état de l'anion radical pourrait avoir un impact plus important sur les dispositifs de 2Cz2DMAC2BN, et la liaison simple C – N est connue pour être vulnérable dans l'anion radical. Ainsi, la liaison C – N hautement tordue entre les anneaux DMAC et Ph par l'encombrement stérique pourrait diminuer la stabilité de 2Cz2DMAC2BN. Dans les films de mélange d'émetteurs TADF et d'hôtes de type p couramment utilisés tels que mCBP, les molécules TADF jouent un rôle clé dans l'injection et le transport d'électrons39. Ici, pour réaliser une émission verte, 2Cz2DMAC2BN, ACRXTN et DACT-II ont des donneurs relativement forts et des accepteurs faibles, tandis que 4CzIPN a des donneurs relativement faibles et des accepteurs forts. Ces différences indiquent que le 4CzIPN est avantageux pour l'injection et le transport équilibrés des porteurs de charge en tenant compte des propriétés de l'hôte. Ainsi, le choix des unités donneuses et acceptrices doit avant tout être important et soigneusement réfléchi.

Un composé TADF de type D–A multiple a été développé en utilisant des hétérodonneurs de fragments Cz et DMAC. Les propriétés fondamentales du TADF étaient comparables à celles d'excellents émetteurs verts tels que le 4CzIPN. De plus, un PLQY élevé peut être maintenu dans les solvants polaires et les films à fortes concentrations de dopage. Les performances OLED ont été optimisées en modifiant les concentrations de dopage des émetteurs, démontrant l'EQE raisonnable. La principale motivation du travail était d'offrir une meilleure compréhension de la relation structure-stabilité. Ainsi, nous avons comparé les stabilités de quatre types différents de matériaux TADF. La conception de type multiple D – A semble être utile pour augmenter la stabilité de l'état excité. Cependant, la stabilité opérationnelle de l'appareil est plus compliquée et la dégradation liée au polaron peut avoir un impact plus important sur la durabilité de l'OLED. Étant donné que les propriétés d'injection et de transport des porteurs dans l'EML sont affectées par les molécules de TADF, même si leur fonction principale est de contrôler le processus excitonique, un examen attentif de la force de chaque donneur-accepteur dans la molécule de TADF est nécessaire.

Des matériaux disponibles dans le commerce pour la synthèse ont été utilisés tels que reçus des fournisseurs. Les détails des instruments et des mesures physiques sont donnés dans le tableau supplémentaire S6.

Les procédures de synthèse et les données de caractérisation pour chaque matériau sont décrites dans les méthodes supplémentaires S1 et les spectres RMN sont donnés dans les données S1.

Les calculs ont été principalement effectués à l'aide des installations informatiques de l'Institut de recherche en technologie de l'information de l'Université de Kyushu. Les calculs d'orbites moléculaires ont été effectués à l'aide du programme Gaussian 16. Les géométries ont été optimisées au B3LYP/6-31+G(d,p). Les calculs TD-DFT ont été effectués au niveau B3LYP/6-31+G(d,p) pour les calculs des états excités.

Des couches minces organiques pour les mesures optiques ont été fabriquées sur des substrats de quartz et de silicium propres par évaporation thermique à une pression inférieure à 1 × 10−4 Pa. Les substrats ont été nettoyés avec de l'acétone et de l'isopropanol, puis traités avec des UV/ozone pour éliminer les espèces organiques adsorbées. avant dépôt.

Les procédures de fabrication et de mesure sont décrites dans les méthodes supplémentaires S2.

Des monocristaux adaptés à l'analyse structurale aux rayons X ont été obtenus par sublimation sous vide. Des fichiers d'informations cristallographiques aux rayons X (CIF) sont disponibles [CCDC 2249866 contient les données cristallographiques supplémentaires pour cet article. Ces données peuvent être obtenues gratuitement auprès du Cambridge Crystallographic Data Center via http://www.ccdc.cam.ac.uk/data_request/cif].

Uoyama, H., Goushi, K., Shizu, K., Nomura, H. & Adachi, C. Diodes électroluminescentes organiques hautement efficaces à fluorescence retardée. Nature 492, 234–238 (2012).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Hong, G. et al. Bref historique des OLED - Développement des émetteurs et jalons de l'industrie. Adv. Mater. 33, 2005630 (2021).

Article CAS Google Scholar

Im, Y. et al. Stratégie de conception moléculaire d'émetteurs de fluorescence retardés organiques activés thermiquement. Chim. Mater. 29, 1946-1963 (2017).

Article CAS Google Scholar

Liu, Y., Li, C., Ren, Z., Yan, S. et Bryce, MR Matériaux de fluorescence retardée activés thermiquement entièrement organiques pour les diodes électroluminescentes organiques. Nat. Rév. Mater. 3, 18020 (2018).

Article ADS CAS Google Scholar

Imahori, H., Kobori, Y. & Kaji, H. Manipulation des états de transfert de charge par conception moléculaire : perspective de "l'exciton dynamique". Acc. Mater. Rés. 2, 501–514 (2021).

Article CAS Google Scholar

Park, IS, Matsuo, K., Aizawa, N. & Yasuda, T. Émetteurs de fluorescence retardés activés thermiquement à base de dibenzohétéraborine haute performance : architectonique moléculaire pour obtenir simultanément une émission à bande étroite et une conversion de spin triplet-singulet efficace. Adv. Fonct. Mater. 28, 1802031 (2018).

Article Google Scholar

Liu, J. et al. Preuve expérimentale des émetteurs de fluorescence retardés activés thermiquement "à exciton chaud". Adv. Opter. Mater. 7, 1801190 (2018).

Article Google Scholar

Matsuo, K. & Yasuda, T. Systèmes π à base de boronate et de borinate pour les matériaux à fluorescence retardée activés thermiquement bleus. Chim. Commun. 55, 2501-2504 (2019).

Article CAS Google Scholar

Wang, X. et al. Dendrimères d'hexaarylbenzène à transfert de charge dans l'espace avec fluorescence retardée activée thermiquement et émission induite par agrégation pour des OLED efficaces traitées en solution. Chim. Sci. 10, 2915-2923 (2019).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wada, Y., Nakagawa, H., Matsumoto, S., Wakisaka, Y. & Kaji, H. Émetteurs de lumière organiques présentant un croisement intersystème inverse très rapide. Nat. Photonique 14, 643–649 (2020).

Article ADS CAS Google Scholar

Aizawa, N., Matsumoto, A. & Yasuda, T. Équilibration thermique entre les états excités singulet et triplet dans un fluorophore organique pour une fluorescence retardée inférieure à la microseconde. Sci. Adv. 7, eabe5769 (2021).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Cui, L.-S. et coll. Le spin-flip rapide permet une électroluminescence organique efficace et stable à partir des états de transfert de charge. Nat. Photonique 14, 636 (2020).

Article ADS CAS Google Scholar

Kim, JU et al. Molécule de fluorescence retardée à l'échelle de la nanoseconde pour les OLED bleu profond avec une petite réduction d'efficacité. Nat. Commun. 11, 1765 (2020).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ren, Y. et al. Émetteurs de fluorescence retardés activés thermiquement bleus efficaces montrant un croisement intersystème inverse très rapide. Appl. Phys. Express 14, 071003 (2021).

Article ADS CAS Google Scholar

Hasan, M. et al. Anéantissement exciton-exciton dans un émetteur de fluorescence retardé activé thermiquement. Adv. Fonct. Mater. 30, 2000580 (2020).

Article CAS Google Scholar

Hasan, M. et al. Corréler la dynamique des excitons des émetteurs à fluorescence retardée activés thermiquement à la réduction de l'efficacité dans les OLED. Phys. Rév. Appl. 18, 054082 (2022).

Article ADS CAS Google Scholar

Lee, J. et al. Gestion de l'état excité à chaud pour les diodes électroluminescentes organiques phosphorescentes bleues à longue durée de vie. Nat. Commun. 8, 15566 (2017).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Einzinger, M. et al. Durées de vie des excitons plus courtes via un effet d'atome lourd externe : Atténuation des effets des processus bimoléculaires dans les diodes électroluminescentes organiques. Adv. Mater. 29, 1701987 (2017).

Article Google Scholar

Schmidbauer, S., Hohenleutner, A. & König, B. Dégradation chimique dans les dispositifs électroluminescents organiques : mécanismes et implications pour la conception de nouveaux matériaux. Adv. Mater. 25, 2114-2129 (2013).

Article CAS PubMed Google Scholar

Monkman, A. Pourquoi avons-nous encore besoin d'un émetteur OLED bleu profond stable et à longue durée de vie ?. ACS Appl. Mater. Interfaces 14, 20463–20467 (2022).

Article CAS PubMed Google Scholar

Nakanotani, H., Masui, K., Nishide, J., Shibata, T. & Adachi, C. Stabilité opérationnelle prometteuse des diodes électroluminescentes organiques à haut rendement basées sur la fluorescence retardée activée thermiquement. Sci. Rep. 3, 2127 (2013).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hosokai, T. et al. Preuve et mécanisme d'une fluorescence retardée efficace activée thermiquement favorisée par des états excités délocalisés. Sci. Adv. 3, e1603282 (2017).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Noda, H., Nakanotani, H. & Adachi, C. Ingénierie d'état excité pour un croisement intersystème inverse efficace. Sci. Adv. 4, eaao6910 (2018).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Chan, C.-Y. et coll. Diodes électroluminescentes organiques à hyperfluorescence bleu pur stables à haut rendement et à émission étroite. Nat. Photonique 15, 203 (2021).

Article ADS CAS Google Scholar

Cho, YJ, Yook, KS & Lee, JY Haute efficacité dans un dispositif à fluorescence retardée activé thermiquement et traité en solution utilisant un matériau émettant une fluorescence retardée avec une solubilité améliorée. Adv. Mater. 26, 6642–6646 (2014).

Article CAS PubMed Google Scholar

Zou, Y., Gong, S., Xie, G. & Yang, C. Stratégie de conception pour les émetteurs de fluorescence retardés activés thermiquement pouvant être traités en solution et leurs applications dans les diodes électroluminescentes organiques. Adv. Opter. Mater. 6, 1800568 (2018).

Article Google Scholar

Zhang, D. et al. L'invention concerne des diodes électroluminescentes organiques fluorescentes bleu foncé efficaces et stables utilisant un sensibilisateur à triplet de conversion rapide. Adv. Mater. 32, 1908355 (2020).

Article CAS Google Scholar

Yin, C., Zhang, D. et Duan, L. Une perspective sur les matériaux TADF bleus à base de dérivés de carbazole-benzonitrile pour des OLED efficaces et stables. Appl. Phys. Lett. 116, 120503 (2020).

Article ADS CAS Google Scholar

Mamada, M. et al. Diodes électroluminescentes organiques bleu foncé hautement efficaces basées sur une conception moléculaire et une ingénierie de dispositifs rationnelles. Adv. Fonct. Mater. 32, 2204352 (2022).

Article CAS Google Scholar

Wada, Y., Shizu, K. & Kaji, H. La vibration moléculaire accélère l'émission de transfert de charge dans un matériau de fluorescence retardée activé thermiquement bleu hautement tordu. J.Phys. Chim. A 125, 4534–4539 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

Lee, YH et al. Gestion des états excités triplets locaux des émetteurs TADF à base de bore pour un processus de spin-flip rapide : vers des TADF-OLED hautement efficaces avec une faible efficacité de décroissance. Chim. Ing. J. 423, 130224 (2021).

Article CAS Google Scholar

Li, N. et al. Interaction hôte-dopant entre l'émetteur de fluorescence retardé organique activé thermiquement et le matériau hôte : aperçu de l'état excité. Adv. Opter. Mater. 10, 2101343 (2022).

Article CAS Google Scholar

Ihn, S.-G. et coll. Matériaux hôtes sans oxyde de phosphine conçus par moment dipolaire et orbital moléculaire pour une fluorescence retardée activée thermiquement bleue efficace et stable. Adv. Sci. 9, 2102141 (2022).

Article CAS Google Scholar

Lin, N., Qiao, J., Duan, L., Wang, L. et Qiu, Y. Compréhension moléculaire de la stabilité chimique des matériaux organiques pour les OLED : une étude comparative sur les sulfonyl, phosphine-oxyde et carbonyl-contenant matériaux hôtes. J.Phys. Chim. C 118, 7569–7578 (2014).

Article CAS Google Scholar

Nakanotani, H. et al. Diodes électroluminescentes organiques à haut rendement avec émetteurs fluorescents. Nat. Commun. 5, 4016 (2014).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Kaji, H. et al. Matériau électroluminescent purement organique réalisant une conversion à 100% de l'électricité en lumière. Nat. Commun. 6, 8476 (2015).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Ahmad, V. et al. Transistors électroluminescents TADF et OLED à haut EQE et haute luminosité traités par solution. Adv. Opter. Mater. 8, 2000554 (2020).

Article CAS Google Scholar

Sandanayaka, ASD, Matsushima, T. & Adachi, C. Mécanismes de dégradation des diodes électroluminescentes organiques basées sur des molécules de fluorescence retardée activées thermiquement. J.Phys. Chim. C 119, 23845 (2015).

Article CAS Google Scholar

Mamada, M. & Adachi, C. Rôle inattendu des intercalaires de blocage des trous et des électrons contrôlant l'injection et le transport des porteurs de charge dans les diodes électroluminescentes organiques bleues à base de TADF. Appl. Phys. Lett. 121, 131103 (2022).

Article ADS CAS Google Scholar

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Les auteurs remercient Mme K. Kusuhara et Mme N. Nakamura pour la caractérisation des matériaux. Les auteurs reconnaissent le soutien du programme JSPS Core-to-Core (JPJSCCA20180005). MM reconnaît le soutien financier de JSPS KAKENHI Grant Numbers 19H02790, 20K21227, 21H05401 et 23K04879. HK reconnaît le soutien financier de JSPS KAKENHI Grant Number 20H05840.

Masashi Mamada

Adresse actuelle : Department of Chemistry, Graduate School of Science, Kyoto University, Sakyo-ku, Kyoto, 606-8502, Japon

Centre de recherche en photonique et électronique organiques (OPERA), Université de Kyushu, Motooka, Nishi, Fukuoka, 819-0395, Japon

Bhagya Madushani, Masashi Mamada, Kenichi Goushi, Thanh Ba Nguyen, Hajime Nakanotani & Chihaya Adachi

Institut de recherche chimique, Université de Kyoto, Uji, Kyoto, 611-0011, Japon

Hironori Kaji

Institut international de recherche sur l'énergie neutre en carbone (I2CNER), Université de Kyushu, 744 Motooka, Nishi, Fukuoka, 819-0395, Japon

Chihaya Adachi

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MM a synthétisé le matériau. MM, KG, HN et CA ont conçu les expériences. BM et MM ont effectué les mesures. BM et TBN ont contribué à l'analyse des données. MM, HK et CA ont supervisé le projet. BM et MM ont rédigé le manuscrit. Tous les auteurs ont examiné le manuscrit.

Correspondance à Masashi Mamada ou Chihaya Adachi.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Madushani, B., Mamada, M., Goushi, K. et al. Conception de plusieurs donneurs-accepteurs pour des émetteurs de fluorescence retardés activés thermiquement hautement luminescents et stables. Sci Rep 13, 7644 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34623-9

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Reçu : 06 avril 2023

Accepté : 04 mai 2023

Publié: 11 mai 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-34623-9

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