摘要：当前，社会正经历着包括增强现实(AR)与虚拟现实(VR)在内的新兴技术的蓬勃发展。在这一背景下，超高清(UHD)显示技术作为人机交互界面的核心组成部分，其重要性愈发凸显。有机发光二极管(OLED)凭借其卓越的响应速度、广阔的视角以及显著的柔性特征，在UHD显示

当前，社会正经历着包括增强现实(AR)与虚拟现实(VR)在内的新兴技术的蓬勃发展。在这一背景下，超高清(UHD)显示技术作为人机交互界面的核心组成部分，其重要性愈发凸显。有机发光二极管(OLED)凭借其卓越的响应速度、广阔的视角以及显著的柔性特征，在UHD显示领域中脱颖而出。为满足人们日益增长的超高清显示技术需求，国际电信联盟(ITU)制定了新的色彩纯度和色域标准，即B.T.2020。根据该标准，绿光颜色坐标提高到(0.170, 0.797)。

尽管经过近30年的发展，应用于商业产品中的绿色发光材料已得到了极大的丰富。然而，由于早期主要以传统荧光或磷光材料为主，其发射峰的半峰宽(FWHM)较宽，因此与B.T.2020标准仍存在相当距离。近年来，一种基于多重共振效应的新型热活化延迟荧光材料（MR-TADF)逐渐兴起。该材料的分子发光是基于多重共振效应，前线分子轨道(FMOs)具有非键合特性，从而不呈现明显的振动-电子跃迁峰。这导致单重态(S1)到基态(S0)的电子跃迁耦合在＜200 cm⁻¹处发生剪切/扭曲振动，而非～1500 cm⁻¹处的伸缩振动。因此，所有能量间隔在200 cm⁻¹以内的振动-电子跃迁都被整合为一个发射峰，使得FWHM稳定在30 nm以内。

由于电子跃迁与伸缩振动之间的耦合极为微弱，S1到S0之间的非辐射跃迁得到了有效抑制，因此大多数MR-TADF材料展现出非常高的荧光量子产率（可达95%以上）。与之前两种TADF材料相比，这种兼具高效率和高色纯度的MR-TADF材料已成为国内OLED研究领域最热门的话题。经过近8年的发展，MR-TADF材料正逐步成为超高清OLED技术中最具潜力的发光材料之一。基于MR-TADF的绿色发光材料也借此契机实现了迅猛发展（见图1），但要达到适用于UHD标准BT.2020仍存在较大差距。因此，迫切需要开发具有更窄发光峰和更高效率的绿光材料。

图1. 绿光MR-TADF发光材料发展史

近日，中国科学院宁波材料所有机光电材料与器件团队葛子义研究员、李伟副研究员与华南理工大学苏仕健教授团队提出了一种全新的分子设计策略，该策略采用并行的“双功能基团”调控方法，以在维持极低半峰宽（FWHM）值的同时，实现发射波长的可控调节（见图2）。基于此，成功合成了三种MR-TADF绿色发光材料：DBNDS-TPh、DBNDS-DFPh以及DBNDS-CNPh。

图2. 新型 B/N-MR 母核结构以及新设计化合物 DBNDS-TPh、DBNDS-DFPh 和 DBNDS-CNPh 的分子架构。在这三种化合物中，除了融入功能性二苯并[b,d]噻吩单元外，中性单元 1,1′:3′,1″-三联苯还被战略性地引入到两个硼原子的邻位。

具体设计理念如下：（1）首先，引入二苯并[b,d]噻吩单元到MR-TADF核心骨架中，不仅减小了带隙，还提升了T1态能级，从而促使发射波长红移，并降低了发光材料的ΔE ST。（2）此外，在两个硼原子的邻位引入中性单元1,1′:3′,1″-三苯基及电子受体1,3-二氟苯和苯甲腈，进一步深化HOMO与LUMO能级，同时降低带隙，实现对发射峰的精准调控。（图3）这一改进增强了前线分子轨道（FMOs）与功能层材料（包括电子传输材料和空穴传输材料）及主体材料之间的相容性，同时实现对目标发光体发射峰波长的精确调谐，极大提升了器件性能，并符合BT.2020标准对绿色电致发光的要求，相关研究成果发表于《Adv. Mater.》上。

图3. DBNDS-TPh、DBNDS-DFPh、DBNDS-CNPh 和 NT-2B 的分子结构、分布、前沿分子轨道（FMO）的能级以及 T1 态的自旋密度分布（TSDD）。

在稀释的甲苯溶液中，DBNDS-TPh、DBNDS-DFPh 和 DBNDS-CNPh 的 CIE 坐标分别为（0.13, 0.77）、（0.14, 0.77）和（0.14, 0.76）。这是该溶液中首次报道并实现 CIEy 值达到 0.77 的情况。得益于切实可行的“双功能基团”调控方法，DBNDS-TPh、DBNDS-DFPh 和 DBNDS-CNPh 在517、518和518 nm处展现出极窄且鲜艳的纯绿色发射峰，其半高全宽（FWHM）值分别为16.0、16.4和16.6 nm。同时，这些化合物的 ΔE ST 极小，分别为 0.06、0.08 和 0.08 eV，这使它们表现出显著的热活化延迟荧光（TADF）特性，有效利用 T1 态激子进行发光。（图4）此外，快速的辐射衰减率与反向系间窜越率确保了这些发光材料具备卓越的光电性能。因此，在掺杂薄膜中，所有分子的光致发光量子产率（PLQY）均超过95%。

图4. A）DBNDS-TPh、B）DBNDS-DFPh 以及 C）DBNDS-CNPh 的紫外 - 可见（UV - vis）吸收光谱和光致发光（PL）光谱以及在 9 - (2 - (9 - 苯基 - 9H - 咔唑 - 3 - 基)苯基) - 9H - 3,9' - 双咔唑（PhCzDCz）（1 wt.%）掺杂薄膜中的瞬态光致发光光谱。

更重要的是，以 DBNDS-TPh 和 DBNDS-DFPh 为基础构建的非敏化纯绿色有机发光二极管（OLED）器件，在1 wt.%掺杂时可分别实现35.0%和34.5%的峰值外量子效率（EQE），相应CIE坐标为（0.18, 0.75）和（0.17, 0.76）。（图5）而基于 DBNDS-DFPh 的 OLED 器件则是文献中首次报道其底部发射OLED器件中的 CIEy 值超过 0.75 达到 0.76。这也是最接近 B.T.2020 标准的纯绿光OLED器件结果。

图5. a) 器件结构与能级图，b) 应用于功能层的分子结构，c) 电流密度 - 电压 - 亮度曲线，d) 外量子效率 - 亮度曲线，以及 e) 基于掺杂浓度为 1 wt.%的 DBNDS-TPh、DBNDS-DFPh 与 DBNDS-CNPh 的非敏化有机发光二极管（OLED）的电致发光光谱。

进一步，在以 Ir(mppy) 3 作为敏化剂的三元敏化器件中（图6），尽管 DBNDS-TPh、DBNDS-DFPh 和 DBNDS-CNPh 的FWHM有所增加，但基于 DBNDS-TPh 的器件在掺杂浓度为 1 wt.% 时，其最大外量子效率达到了 37.5%，对应的 CIE 值坐标为（0.20，0.73）。而基于 DBNDS-DFPh 的有机发光二极管（OLED）的发射效率（EQE）则达到 35.5%，其 CIEy 值为 0.75，这一结果仍然位于当前文献报道中的最高水平之列。

图6. a) 器件结构与能量图，b) 应用于功能层的分子结构；c) 电流密度 - 电压 - 亮度曲线，d) 外量子效率 - 亮度曲线，以及 e) 基于 DBNDS-TPh、DBNDS-DFPh 和 DBNDS-CNPh 且掺杂浓度为 1 wt.% 的 Ir(mppy)3 敏化 OLED 的电致发光光谱。

此外，三种分子的水平偶极取向因子 (Θ) （图7）显示出93%至95%的高 Θ 值，以及超过95%的光致发光量子产率 (PLQY)，这些特性是基于DBNDS-TPh、DBDNDs-DFPH和DBDNDs-CNPHS OLED器件实现卓越EQE的重要因素。同时，还在非 HF-OLED 与 HF-OLED 中测定了三种分子的瞬态电致发光 (EL) 光谱特征，可以看出，与非 HF-OLED 相比，HF-OLED 中延迟成分 (Φd) 显著降低，这进一步提高了三者器件中的激子利用率。

图7. A）DBNDS-TPh、B）DBNDS-DFPh 和 C）DBNDS-CNPh 在3 %掺杂薄膜的不同角度下进行的光致发光强度测量结果；D）DBNDS-TPh、E）DBNDS-DFPh 和 F）DBNDS-CNPh 在非 HF/HF-OLED 中的 TREL 光谱；G）DBNDS-TPh、H）DBNDS-DFPh 和 I）DBNDS-CNPh 在初始亮度为 5000 cd m−2 时器件的工作寿命。

来源：西风吹瘦马