【儀表網 研發快訊】用于超高清顯示技術的有機發光二極管(UHD-OLED)對其發光材料的光譜寬度需求由較高要求，光譜窄化這一技術瓶頸的解決是滿足廣色域(BT.2020)行業顯示標準的關鍵，并可以借此顯著提升終端顯示效果。窄帶多重共振型熱激活延遲熒光(MR-TADF)材料作為當前顯示終端材料端口的高效解決方案，在過去十年間取得了顯著進展。盡管現有大多數MR-TADF材料能夠實現一定程度的窄帶發射(半峰寬FWHM< 50 nm)，但能夠實現FWHM小于20 nm的超窄帶發射的材料仍屬罕見，且這些材料幾乎僅限于藍光至綠光區域，難以覆蓋長波長范圍。此外，超窄帶長波長發光材料領域缺乏高性能的分子設計框架，因此，如何同時實現光譜窄化與紅移已成為學術界和工業界亟待突破的核心難題。
圖1. 研究背景以及分子設計策略
現有研究主要通過兩種策略調控分子光譜(圖1a)，即延伸共振體系或引入強給/吸電子基團。但這些策略難以與光譜窄化高效協同：常規的共振延伸難以兼具大幅紅移與分子軌道的精細化控制；并苯類的純共軛延伸容易破壞MR效應，導致TADF性質喪失；引入強給/吸電子基團常導致分子剛性降低、振動弛豫增強，并誘發長程電荷轉移(LRCT)特性，即便在剛性架構內，也無法避免體系內LRCT的出現。這些因素最終導致材料發射光譜不可避免地展寬，使得實現兼具長波長與超窄帶發射的分子設計極具挑戰性。
近日，化學化工學院鄭佑軒課題組在長波長超窄帶發光材料領域取得了重要突破。他們通過在四氮雜環烷框架中精準嵌入兩個硼原子，創新性地構建了一種長波長超窄帶分子框架，并由此衍生出一種超窄帶黃光發射材料(HBN，圖1b)。
圖2. HBN分子的光物理性質
實驗結果顯示，與四氮雜環烷前體相比，雙硼嵌入實現了高達165 nm的發射光譜紅移(圖2)。同時，HBN在甲苯稀溶液中表現出572 nm的超窄帶黃光發射，光譜的FWHM只有17 nm，而在正己烷中發射光譜的FWHM進一步縮窄至12 nm，刷新了當前中長波長區域的窄光譜紀錄。
圖3. HBN分子理論計算
理論計算表明，HBN分子具有高度對稱和平面的分子結構(圖3a)，HOMO與LUMO軌道同樣具備對稱性(圖3b)。其低結構重組能(0.17 eV)表明分子具有較低的結構弛豫特性(圖3c)。此外，HBN的理論單三線態能級差(ΔEST = 0.23 eV)也與實驗值(0.22 eV)高度吻合(圖3d)。進一步的理論電子-空穴分析表明，電子-空穴中心間距(D指數)的增加會顯著影響發射光譜的半峰寬，特別是在純紅光區域，這一現象揭示了LRCT性質對材料光譜的關鍵影響(圖3e)。
圖4. 基于HBN分子的OLED器件性能
基于HBN分子的非敏化器件D1實現了580 nm的窄帶電致發光(FWHM：24 nm)及26.7%的最大外量子效率(EQEmax)，但存在效率滾降問題。通過優化OLED器件的結構，引入磷光敏化熒光(PSF)結構后，通過使用銥(III)配合物Bt?Ir(acac)作為敏化劑并優化摻雜濃度，PSF器件D4表現出高效率(EQEmax：36.1%)、窄EL發射(FWHM：25 nm)及低效率滾降的特點，并在高亮度下保持優異性能，展示了其在高性能光電器件中的廣泛應用潛力。
該研究成果表明，分子架構與材料性能的精細調控為超窄帶純綠光至紅光材料的設計提供了重要指導，為實現廣色域顯示技術提供了實驗和理論借鑒。
上述成果發表于Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: 10.1002/anie.202421102)，博士研究生胡家俊為論文第一作者，梁嘯博士與晏志平博士為材料測試與理論計算做出了重要貢獻，鄭佑軒教授為通訊作者，左景林教授提供了重要指導。本研究得到了江蘇省自然科學基金(BK20243010、BK20242021)及國家自然科學基金(92256304、U23A20593)的資助。
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