Red Light Thermally Activated Delayed Fluorescence Materials Based on Spirofluorene Units

doi:10.7503/cjcu20240494

Abstract

Abstract:

On the basis of commonly used triphenylamine donor units and dibenzo ［a， c］ phenazine acceptor units， two red light thermally activated delayed fluorescence（TADF） materials TPA-DSP and SPTPA-DSP were designed and synthesized by the steric hindrance effect of spirofluorene group. The spirofluorene group， known for its large steric hindrance， increases the rigidity of the molecule， avoids tight packing between emissive cores and effectively reduces non-radiative transition energy loss， which is crucial for improving device performance. When doping in 4，4′-bis（N-carbazolyl）-1，1′-biphenyl（CBP） as organic light emitting layer， TPA-DSP and SPTPA-DSP exhibited excellent performance in organic light-emitting diodes（OLEDs）. Both materials emitted red light， with TPA-DSP achieving a maximum external quantum efficiency（EQE） of 17.8% at 580 nm with a 7% doping concentration（mass fraction）. SPTPA-DSP， featuring multiple spirofluorene groups， demonstrated superior device performance， achieving a maximum EQE of 19.3% at 580 nm with a 7% doping concentration（mass fraction）. The maximum luminance of TPA-DSP and SPTPA-DSP reached 11800 and 12650 cd/m²， the maximum current efficiency（CE） both reached 40.0 cd/A， and the maximum power efficiency（PE） reached 44.3 and 47.2 lm/W， respectively. Notably， SPTPA-DSP， featuring multiple spirofluorene groups， demonstrated superior device performance due to its greater steric hindrance. Our findings underscore the potential of the spirofluorene group to enhance the performance of TADF materials through steric hindrance effects， which not only contributes to understanding the effect of steric hindrance in TADF but also paves the way for further advancements and applications.

Key words: Thermally activated delayed fluorescence, Red luminescence, Steric hindrance, Spirofluorene

CLC Number:

O621.22

TrendMD:

GAO Shan, GONG Shixuan, JIN Yuxin, CHEN Ziqi, MA Jinzhu, FUNG ManKeung, FAN Jian. Red Light Thermally Activated Delayed Fluorescence Materials Based on Spirofluorene Units[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(5): 20240494.

Figures/Tables 7

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Compound	E_HOMO/eV	E_LUMO/eV	E_g/eV	E_S1/eV	E_T1/eV	ΔE_ST/eV	f
TPA⁃DSP	‒4.91	‒2.50	2.40	2.07	1.91	0.17	0.11
SPTPA⁃DSP	‒4.84	‒2.50	2.35	2.04	1.89	0.16	0.11

Compound	E_HOMO/eV	E_LUMO/eV	E_g/eV	E_S1/eV	E_T1/eV	ΔE_ST/eV	f
TPA⁃DSP	‒4.91	‒2.50	2.40	2.07	1.91	0.17	0.11
SPTPA⁃DSP	‒4.84	‒2.50	2.35	2.04	1.89	0.16	0.11

Compound	Λ_abs^a /nm	Λ_ex^a /nm	Φ_{PL， tol}^a （%）	PL_fl/ph^b /nm	（E_HOMO/E_LUMO）/eV	E_g^d /eV	（E_S1/E_T1） ^e /eV	ΔE_ST^f /eV
TPA⁃DSP	467	595	84.6	563/630	‒5.19/‒2.91	2.28	2.36/2.11	0.25
SPTPA⁃DSP	473	604	88.5	564/620	‒5.15/‒2.94	2.21	2.33/2.12	0.21

Compound	Λ_abs^a /nm	Λ_ex^a /nm	Φ_{PL， tol}^a （%）	PL_fl/ph^b /nm	（E_HOMO/E_LUMO）/eV	E_g^d /eV	（E_S1/E_T1） ^e /eV	ΔE_ST^f /eV
TPA⁃DSP	467	595	84.6	563/630	‒5.19/‒2.91	2.28	2.36/2.11	0.25
SPTPA⁃DSP	473	604	88.5	564/620	‒5.15/‒2.94	2.21	2.33/2.12	0.21

Compound	Doping rate（mass fraction in CBP， %）	V_on^a /V	L_max^b /（cd‧m^‒2）	CE ^c /（cd‧A^‒1）	PE ^d /（lm‧W^‒1）	Λ_max^e /nm	EQE ^f （%）	Roll⁃off ^g （%）
TPA⁃DSP	3%	2.9	11800	40.0	42.8	572	16.2	71.6
	5%	2.9	11540	40.0	43.6	576	16.9	75.1
	7%	2.8	9988	40.0	44.3	580	17.8	79.8
SPTPA⁃DSP	3%	2.7	10730	40.0	46.6	580	18.2	76.9
	5%	2.7	11910	40.0	47.2	580	18.6	76.9
	7%	2.7	12650	40.0	46.7	580	19.3	78.2