具有圆偏振发光（CPL）特性的手性材料因其在各个领域的潜在应用而备受关注，特别是在数据存储、光子技术和3D显示领域。此外，圆偏振有机发光二极管（CP-OLED）由于其易于直接生成圆偏振电致发光（CPEL）的优点，在3D显示中显示出了很好的应用前景。因此，开发手性光电功能材料和CP-OLED器件对直接实现3D显示具有重要意义。
然而，目前对光电功能材料的研究大多集中在手性发光材料上，而忽略了对其他层的研究。淡化，手性发光材料的开发和CP-OLED器件的制备存在许多挑战，包括复杂的分子结构设计和合成路线，以及容易在高温升华时的消旋化。更重要的是，每种手性发光材料都需要单独进行对映体分离，才能获得不同发射波长的CPEL，这极大地增加了它们的应用复杂性和成本。因此，开发手性空穴传输材料并应用于CP-OLED器件的出光层，将非手性发光材料的发光进行圆偏振得到CPEL，将极大的简化手性光电材料的合成、拆分和CP-OLED器件的制备工艺，但到目前为止，手性空穴传输材料在CP-OLED器件中的应用还没有文献报道。
图 1. CP-OLED器件和R/S-NPACZ及非手性发光材料的结构示意图
最近，郑佑轩教授课题组在手性空穴传输材料和器件研究中取得新进展。本工作以R/S-1,1-联萘-2,2’-二胺为原料，采用一锅法合成了一对基于咔唑的手性空穴传输对映体R/S-NPACZ。它们显示了对称的CPL光谱，在甲苯和纯膜中的不对称gPL因子分别为+5.7×10-3/−5.3×10-3和+5.4×10-3/−4.9×10-3。然后，具有不同发射波长的六种非手性磷光铱(III)配合物和多共振热延迟荧光（MR-TADF）材料被用作发光源来制备CP-OLED器件，其显示出与发光材料的光致发光类似的CPEL光谱。基于非手性铱(III)配合物的CP-OLED分别表现出对称的红色、绿色和蓝色CPEL光谱，|gEL|因子分别为8.8×10−4、2.3×10−3和2.0×10−3。使用MR-TADF材料的器件显示出对称的蓝色、蓝绿色和绿色CPEL光谱，|gEL|因子分别为1.0×10−3、3.6×10-3和2.2×10−3。
图2.基于非手性铱(III)配合物的CP-OLED器件R/S-D1, R/S-D2和R/S-D3的性能: (a) 归一化的EL光谱, (b) 电流效率– 亮度曲线, (c) 外量子效率– 亮度曲线, (d) – (f)R/S-D1, R/S-D2和R/S-D3的CPEL光谱、gEL -波长曲线.
图3.基于非手性MR-TADF材料的CP-OLED器件R/S-D4, R/S-D5和R/S-D6的性能: (a) 归一化的EL光谱, (b) 电流效率– 亮度曲线, (c) 外量子效率– 亮度曲线, (d) – (f) CPEL光谱、gEL -波长曲线.
据我们所知，这是基于手性空穴传输材料的CP-OLED产生CPEL的首次报道，在器件中手性空穴传输材料起到了“有机偏振片”的作用，可以将普通光转化成圆偏振光，为新型CP-OLED器件的设计提供了新的研究思路。该工作发表在Adv. Mater. (2024, DOI: 10.1002/adma.202311857)上，博士研究生钟笑笙为论文第一作者，郑佑轩教授为论文通讯作者。特别感谢威尼斯9499登录入口左景林教授对该工作的支持和帮助！本工作得到了国家自然科学基金项目92256304和U23A20593的大力支持！