实验室赵祖金教授团队：多共振骨架工程实现高色纯度、视觉舒适的深蓝光OLED

为满足超高清显示对高饱和色彩的严苛要求，有机发光二极管（OLED）领域亟需开发兼具高效率和窄光谱的蓝光材料。多共振热活化延迟荧光（MR-TADF）材料因其能实现窄带发射而备受关注。然而，蓝光MR-TADF材料在追求高色纯度的同时，还需兼顾视觉舒适度，避免因发射波长过短（低于455 nm）而引发“蓝害”。如何在保持高效率的同时，将发射波长调控至视觉友好区域，是该领域面临的关键挑战。

分子设计策略及光物理性质概览

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的赵祖金教授课题组利用提出了一种新颖的分子工程策略：将主MR骨架与辅助调控单元相结合，通过对辅助单元结构的微调，成功开发一系列兼具窄光谱、高效率及视觉舒适度的深蓝光MR-TADF材料。

该工作以经典MR-TADF材料BNCz为主骨架，引入羰基及氮/氧原子构建辅助调控单元，设计并合成了三种新型MR-TADF材料，CBN-A、CBN-C和CBN-P。在甲苯溶液中，三个分子的光致发光（PL）峰分别位于466、463和458 nm，半峰宽（FWHM）仅为21-23 nm，相比BNCz这一模型分子（483 nm，24 nm）实现了显著的蓝移和更窄的发射。尽管分子结构修饰微小，但三种材料的激发态动力学行为却发生了戏剧性变化。其中，CBN-C的反向系间窜越（RISC）速率常数高达19.0 × 105s⁻¹，比CBN-A和CBN-P高出一个数量级，但其光致发光量子产率（57%）却明显低于CBN-A（99%）和CBN-P（89%）。这表明CBN-C的S₁激子更倾向于通过自旋翻转循环（系间窜越-反向系间窜越，ISC-RISC）消耗，而非直接辐射跃迁至基态。

为进一步揭示其内在机制，借助飞秒瞬态吸收光谱与理论计算进行了深入剖析。瞬态吸收光谱显示，CBN-C的受激辐射信号缺失，直接证实其辐射速率（kF）较慢。理论计算则揭示了关键原因：在CBN-C的S₁态激发态弛豫过程中，其自然跃迁轨道发生重组，特别是氧原子的n轨道参与了辐射跃迁，形成了罕见的（n, π*）跃迁特征。这种n轨道的参与极大地增强了CBN-C的自旋-轨道耦合效应，从而加速了ISC和RISC，同时由于n轨道与π轨道的近乎正交的空间取向，减小了轨道重叠，抑制了辐射跃迁。这种独特的激发态行为首次在高度共轭的MR-TADF材料中被报道。

基于上述材料制备了掺杂OLED器件，CBN-P基器件的发射波长位于464 nm，色坐标为（0.131，0.088），最大外量子效率（ηext）达22.4%，契合NTSC蓝光标准且处于视觉友好波长。CBN-A器件则实现了30.2%的更高ηext，色坐标为（0.117，0.157）。为进一步提升性能，采用敏化策略，ηext大幅提升至37.4%和32.4%。

综上所述，该研究提出的“主骨架-辅助单元”集成策略，为精准调控MR-TADF材料的发射光谱和深入理解其激发态动力学提供了有效途径。通过该策略获得的CBN-P材料，在实现高色纯度、高效率的同时，兼顾了视觉友好性，展现了在超高清显示领域的巨大应用潜力。

相关研究成果以“Multi-Resonance Skeleton Engineering forHighly Efficient Blue OLEDs With High Color Purity and Visual Comfort”为题发表在Advanced Materials上，其中通讯作者为赵祖金教授，第一作者为付燕博士后。该研究工作得到了国家自然科学基金（项目资助号：U23A20594,22375066）、广东省基础与应用基础研究基金（项目资助号：2023B1515040003）以及华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室（项目编号：Skllmd-2024-06）的资助。

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.72845