面向超高清顯示(UHD)技術的核心需求,紅、綠、藍窄譜帶發光材料的研發逐漸成為有機發光二極管(OLED)領域的研究熱點。傳統熒光材料由于局部激發態(¹LE)的展寬效應,其半峰寬(FWHM)通常大于40 nm;而磷光材料則因配體-配體三重態電荷轉移態(³LLCT)或配體-金屬中心三重態電荷轉移態(³MLCT)的電荷轉移機制導致光譜展寬,難以滿足UHD技術對高色純度的嚴苛要求?；谂?氮摻雜多環芳烴(B/N-PAHs)的多重共振熱活化延遲熒光材料(MR-TADF),通過MR效應和剛性分子結構顯著降低了材料的FWHM,展現出作為未來OLED材料的潛力。然而,其剛性平面結構顯著提高了單重態-三重態能隙(ΔEST),從而大幅衰減了反向系間竄越(RISC)速率,限制了器件效率的進一步提升。

近期,中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員葛子義、副研究員李偉,聯合華南理工大學教授蘇仕健提出一種分子設計策略,將剛性 9,9'-螺雙[芴](SF)單元全部或部分整合到B/N-分子內電荷轉移(MR)發光核心中,成功開發了含螺芴的MR-TADF材料體系SF-BN1、SF-BN2、SF-BN3 和 SF-BN4。該材料體系具有高色純度和高效率的特性。

對于完全嵌入 B/N-MR 核心的發光體SF-BN1和SF-BN2,SF中的sp³雜化碳原子將每個分子分成對稱的部分,形成兩個獨立且剛性的B/N-MR 發光中心。這阻礙了共軛結構,降低了共軛長度,發射出深藍光,并通過多通道輻射衰減過程和能量轉移機制顯著提高了材料效率。對于部分嵌入B/N-MR 核心的發光體SF-BN3 和 SF-BN4,芴嵌入的 B/N-MR 核心可以連接B/N2[4]螺旋烯亞單元,形成剛性分子框架。

值得注意的是,SF-BN1、SF-BN2、SF-BN3 和 SF-BN4 在稀釋的甲苯溶液中實現了最小的半峰全寬(FWHM)值,分別為17 nm、21 nm、17 nm和15 nm。同時,該材料體系在摻雜薄膜中高光致發光量子產率高達90%,這表明它們具有出色的電致發光(EL)潛力。基于 SF-BN1、SF-BN2、SF-BN3和SF-BN4 的相應超熒光有機發光二極管(HF-OLED)峰值外量子效率(EQE)分別達到了29.0%、22.2%、35.5%和33.6%,對應的 CIE 坐標分別為(0.13,0.08)、(0.11,0.15)、(0.13,0.23)和(0.12,0.35),FWHM 值分別為 23 nm、32 nm、26 nm和 40 nm。

相關研究成果以Spiro Units Embedded in the B/N Center for Constructing Highly Efficient Multiple Resonance TADF Emitter為題,發表在《德國應用化學》上。研究工作得到了國家自然科學基金、浙江省“領雁”研發計劃項目以及寧波市重點科技項目等的支持。

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高性能窄譜帶有機螺環基OLED材料結構及其關鍵的性能參數