由于其自由形態(tài)、快速響應、高對比度、極致色彩表現(xiàn)等技術優(yōu)勢，有機發(fā)光二極管（OLED）已發(fā)展成為當前主流的顯示技術之一。發(fā)光材料是OLED的核心。在三基色發(fā)光材料中，藍光材料的發(fā)展相對滯后，高性能藍光材料的匱乏是OLED顯示技術革新所面臨的關鍵挑戰(zhàn)。藍色熱活化延遲熒光（TADF）材料由于長壽命激發(fā)態(tài)的雙分子反應容易形成高能激子，其OLED面臨著高亮度下效率滾降和材料降解的問題。此外，多數(shù)TADF材料在高濃度摻雜時會發(fā)生較嚴重的聚集誘導熒光淬滅（ACQ）。兼具高發(fā)光效率、短激子壽命和有效抑制濃度淬滅的藍光TADF分子的設計開發(fā)具有挑戰(zhàn)性。

近日，中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所盧燦忠團隊報道了一種高性能藍色有機發(fā)光材料設計新策略，開發(fā)出高發(fā)光效率、納秒級發(fā)光壽命和有效抑制濃度淬滅的藍光TADF材料，在非摻和高濃度摻雜藍光OLED方面取得了新的突破。

研究團隊將剛性雙位點給體基團雙螺芴-喹啉吖啶與兩個多重共振型硼氧電子受體結(jié)合，構(gòu)建了剛性A-D-A構(gòu)型的藍光TADF分子2BO-sQA。這種獨特分子結(jié)構(gòu)一方面有利于實現(xiàn)極小的單線態(tài)-三線態(tài)能隙（ΔEST = 0.01 eV），從而提升反向系間竄越速率（kRISC ≈ 2×106），實現(xiàn)超短發(fā)光壽命（476 ~ 817 ns），納秒級延遲熒光壽命在高效TADF材料中非常罕見，有助于減輕OLED中激子湮滅，抑制高亮度下的效率滾降；另一方面，分子剛性和分子內(nèi)作用力抑制非輻射躍遷，保證了高發(fā)光效率；同時，三維構(gòu)型可有效抑制高濃度聚集態(tài)中ACQ，2BO-sQA在10 wt%到100 wt%濃度的薄膜中光致發(fā)光量子效率保持在99% ~ 86%區(qū)間。

圖1. 2BO-sQA作為終端發(fā)光材料的OLED結(jié)構(gòu)及性能

利用2BO-sQA作為終端發(fā)光材料制備的OLED表現(xiàn)出優(yōu)異的電致發(fā)光特性，且器件性能沒有表現(xiàn)出明顯的濃度依賴性。2BO-sQA的OLED在摻雜濃度為10 wt%到70 wt%范圍內(nèi)，最大外量子效率（EQE）保持在30%以上。在非摻雜OLED中，最大EQE仍然能達到26.6%，這是目前文獻報道的非摻藍光器件的最高水平之一（圖1f）。同時，作者利用2BO-sQA作為多重共振型藍光材料v-DABNA的敏化劑，制備了高性能超熒光OLED，成功實現(xiàn)了高效窄譜帶深藍光發(fā)射（圖2）。相較于未敏化的OLED，超熒光器件性能得到顯著提升，最大EQE達到了32.3%，1000 cd m?2亮度下效率滾降可從40.1 %顯著下降到14.5%。這些結(jié)果得益于敏化劑的短激子壽命和高激子利用率，證明了2BO-sQA作為敏化劑實現(xiàn)高性能深藍光OLED的潛力。

圖2. 2BO-sQA作為敏化劑的超熒光OLED結(jié)構(gòu)及性能

相關研究成果以《Thermally Activated Delayed Fluorescence with Nanosecond Emission Lifetimes and Minor Concentration Quenching: Achieving High-Performance Nondoped and Doped Blue OLEDs》為題發(fā)表于《Advanced Materials》（Adv. Mater. 2024,2401724）。中國科學院福建物構(gòu)所-福州大學聯(lián)培碩士生吳少杰為本文第一作者，中國科學院福建物構(gòu)所盧燦忠研究員和陳旭林副研究員為本文的通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金、廈門市重大科技計劃項目、閩都創(chuàng)新實驗室基金等支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202401724