由于有机电致发光二极管（Organic Light-Emitting Diode, OLED）具有低能耗、广视角、色彩绚丽、可柔性化等特点，近几年来吸引了学术圈和工业界的广泛关注，并且逐渐成为主流的平板显示技术，是迄今为止最成功的有机电子（Organic Electronics）产品。
在重金属原子的作用下，磷光发光分子能轻易捕获并且利用单重态和三重态激子，使磷光有机电致发光器件（Phosphorescence OLED，PhOLED）能实现100%的激子利用率。
现阶段绿光和红光PhOLED已实现商业化，与传统的荧光器件相比，磷光发光材料的使用极大地提高了器件的效率。
但遗憾的是，高效可靠的蓝光PhOLED仍然稀缺，而主体材料为主要短板之一。
大部分情况下，PhOLED必须依赖主客体掺杂发光层的器件构型实现效率的提升：将磷光发光分子均匀地分散在主体分子阵列，能同时提高发光层的光致发光效率和降低激子淬灭（如三重态-三重态激子淬灭），如图1所示。
在发光层中，一般磷光客体分子的含量较低（约10 wt%），所以占主导优势的主体分子在很大程度上决定发光层的物性，并且直接影响发光器件的性能，特别是器件的驱动电压和功率效率。
图1. 主体材料在PhOLED的作用。
优秀的蓝光PhOLED主体材料要具备以下特征：
(1) 合适的前线轨道能级，促进空穴与电子的注入；
(2) 具有双极传输性能，拓宽激子复合区域；
(3) 具有比客体分子更高的三重态能级；
(4) 良好的热稳定性。
近日，香港城市大学李振声教授课题组与苏州大学廖良生教授合作，设计出新型的螺环型（Spiro）双极磷光主体材料SPBI-TPA，如图2所示。
具有sp3杂化的螺环碳原子将SPBI-TPA一分为二，一半为缺电子基团苯并咪唑，另一半则是富电子基团三苯胺。
该分子增强了电子与空穴的传输能力的同时，又有效地控制了分子的共轭长度，有利于三重态能级的提升。
图2. SPBI-TPI的分子结构
对照实验结果表明，与常用的螺芴衍生物相比，基于苯并咪唑的螺环主体材料具有更高的能隙，其三重态能级达到了3.07 eV（图3），可以敏化大部分的商用的蓝光磷光材料。
理论计算表面，SPBI-TPA的自旋密度分布（Spin Density Distribution, SDD）主要集中在非共轭三苯胺基团，而相应的螺芴分子SPF-TPA的SDD则主要由直接共轭的二联苯片段主导。这正是苯并咪唑螺环分子具有更高三重态能级的主要原因。
图3. SPBI-TPA与SPF-TPA的光物理谱图与自旋密度分布
以SPBI-TPA为主体材料，基于FIrpic、FIr6和FK306的蓝光PhOLED表现出十分优异的性能，最大外量子效率（EQE）达到了20%以上（图4）。
该新型材料的综合性能远胜于传统的螺芴主体材料，为高效蓝光PhOLED主体材料的设计提供了新思路。
图4. 以SPBI-TPA为主体材料，基于FIrpic，FIr6和FK306的蓝光PhOLED性能示意图：(a) 电致发光光谱图，(b) 外量子效率-电流密度曲线。
这一成果近期发表在Chemical Communications 上，文章的第一作者为香港城市大学陈文铖博士。
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来源：X一MOL资讯
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