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有机发光二极管（OLED）是一种革命性的发光显示技术，已在手机和电视中成功商业化。注入的电荷形成单线态激子和三线态激子，为了获得高效率，使三线态激子和单线态激子发光非常重要。目前，通过热激活延迟荧光（TADF）收获三重态的材料是一个非常活跃的研究领域，作为通常使用重金属原子的磷光发射器的替代品。尽管已经取得了巨大的进步，但在大多数TADF OLED 中，随着驱动电流的增加，效率会严重下降，称为效率滚降。到目前为止，许多文献表明，应通过最小化单重态和三重态激发态之间的能量差（ΔEST）来减少效率滚降，以通过反向系间窜越（kRISC）最大化三重态到单重态的转化率。
基于此，英国圣安德鲁斯大学I. D. W. Samuel和E. Zysman-Colman等人分析了各种TADF OLED的效率滚降，发现这些参数都不能完全解释所报告的效率滚降。通过考虑 TADF 材料中单线态和三线态之间的动态平衡，作者提出了材料设计的品质因数以减少效率滚降，并讨论了其与 TADF OLED 报告数据的相关性。所提出新品质因数将指导TADF 材料的设计和开发，以减少效率下降。它将有助于提高TADF OLED 在实际显示操作条件下的效率，并将 TADF 材料的使用扩展到需要高亮度的应用，例如照明、增强现实和激光。
TADF设备的效率滚降
本文分析的核心问题是发射极设计方面可以采取哪些措施来减少效率滚降（即增加 J90）？为了确定发射器设计的关键参数，首先需要考虑导致效率滚降的原因。磷光 OLED 的研究表明，随着电流密度的增加，三重态-三重态湮灭 (TTA) 和三重态-极化子湮灭(TPA) 是主要的损耗机制。除了降低效率外，涉及三联体的双分子过程也是设备退化的主要机制。
图1 效率滚降示例
FOM的推导
为了制定TADF材料设计指南以减少OLED的效率滚降，作者更仔细地研究了TADF的机制。作者展示了为FOM函数的J90。kRISC与J90 的相关性比kRISC 与J90 的相关性更强。因此，与单独考虑 kRISC相比，最大化 krSKeq并最小化电激励下的 T1 群体是改善效率滚降的更好策略。
图2 TADF 发射器的简化Jablonski图
影响效率滚降的其他因素
J90和提出的FOM之间存在良好的相关性，FOM描述了在受三重态数量限制的器件中使用特定发光材料可以实现的最佳效果。在实际器件中，许多因素，尤其是不完美的电荷平衡，可能会导致性能比理想情况更差。此外，在低电流密度下，一些器件的效率随着电流的增加而增加密度。增加 FOM 将减少三重态数量，但减少三重态数量所带来的改善取决于 γTT 的值。
图3 数据分析
图4 FOM
参考文献：
Diesing, S., Zhang, L., Zysman-Colman, E. et al. A figure of merit for effciency roll-off in TADF-based organic LEDs. Nature 627, 747–753 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07149-x
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