厦门稀土材料研究中心蓝光OLED研究取得新进展----中国科学院海西研究院厦门稀土材料研究中心

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厦门稀土材料研究中心蓝光OLED研究取得新进展

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时间：2024-04-29 来源：卢灿忠课题组文本大小：【大 | 中 | 小】【打印】

由于其自由形态、快速响应、高对比度、极致色彩表现等技术优势，有机发光二极管（OLED）已发展成为当前主流的显示技术之一。发光材料是OLED的核心。在三基色发光材料中，蓝光材料的发展相对滞后，高性能蓝光材料的匮乏是OLED显示技术革新所面临的关键挑战。蓝色热活化延迟荧光（TADF）材料由于长寿命激发态的双分子反应容易形成高能激子，其OLED面临着高亮度下效率滚降和材料降解的问题。此外，多数TADF材料在高浓度掺杂时会发生较严重的聚集诱导荧光淬灭（ACQ）。兼具高发光效率、短激子寿命和有效抑制浓度淬灭的蓝光TADF分子的设计开发具有挑战性。

近日，中国科学院福建物质结构研究所厦门稀土材料研究中心卢灿忠团队报道了一种高性能蓝色有机发光材料设计新策略，开发出高发光效率、纳秒级发光寿命和有效抑制浓度淬灭的蓝光TADF材料，在非掺和高浓度掺杂蓝光OLED方面取得了新的突破。

研究团队将刚性双位点给体基团双螺芴-喹啉吖啶与两个多重共振型硼氧电子受体结合，构建了刚性A-D-A构型的蓝光TADF分子2BO-sQA。这种独特分子结构一方面有利于实现极小的单线态-三线态能隙（ΔE_ST = 0.01 eV），从而提升反向系间窜越速率（k_RISC≈ 2×10⁶），实现超短发光寿命（476 ~ 817 ns），纳秒级延迟荧光寿命在高效TADF材料中非常罕见，有助于减轻OLED中激子湮灭，抑制高亮度下的效率滚降；另一方面，分子刚性和分子内作用力抑制非辐射跃迁，保证了高发光效率；同时，三维构型可有效抑制高浓度聚集态中ACQ，2BO-sQA在10 wt%到100 wt%浓度的薄膜中光致发光量子效率保持在99% ~ 86%区间。

图1. 2BO-sQA作为终端发光材料的OLED结构及性能

利用2BO-sQA作为终端发光材料制备的OLED表现出优异的电致发光特性，且器件性能没有表现出明显的浓度依赖性。2BO-sQA的OLED在掺杂浓度为10 wt%到70 wt%范围内，最大外量子效率（EQE）保持在30%以上。在非掺杂OLED中，最大EQE仍然能达到26.6%，这是目前文献报道的非掺蓝光器件的最高水平之一（图1f）。同时，作者利用2BO-sQA作为多重共振型蓝光材料v-DABNA的敏化剂，制备了高性能超荧光OLED，成功实现了高效窄谱带深蓝光发射（图2）。相较于未敏化的OLED，超荧光器件性能得到显著提升，最大EQE达到了32.3%，1000 cd m⁻²亮度下效率滚降可从40.1 %显著下降到14.5%。这些结果得益于敏化剂的短激子寿命和高激子利用率，证明了2BO-sQA作为敏化剂实现高性能深蓝光OLED的潜力。

图2. 2BO-sQA作为敏化剂的超荧光OLED结构及性能

相关研究成果以《Thermally Activated Delayed Fluorescence with Nanosecond Emission Lifetimes and Minor Concentration Quenching: Achieving High-Performance Nondoped and Doped Blue OLEDs》为题发表于《Advanced Materials》（Adv. Mater. 2024, 2401724）。中国科学院福建物构所-福州大学联培硕士生吴少杰为本文第一作者，中国科学院福建物构所厦门稀土材料研究中心卢灿忠研究员和陈旭林副研究员为本文的通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、厦门市重大科技计划项目、闽都创新实验室基金等支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202401724

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