我国学者在高效稳定有机蓝光二极管研究中取得进展

图 （a）全氘代TADF分子的化学结构；（b）全氘代与非氘代分子势能面及光物理过程示意图；（c）振动模式对振动零点能的贡献；（d）具有辅助受体的分子设计策略及对应的化学结构；（e）负极化子态下的键解离示意图与不同状态下的键解离能；（f）目标分子与参比分子的光老化衰减曲线

　　在国家自然科学基金项目（批准号：52222308、22135004、61890942）等资助下，清华大学段炼教授研究团队在高稳定有机蓝光二极管研究中取得进展，相关研究成果分别以“全氘代提高蓝色热活化延迟荧光材料的效率和稳定性（Enhancing the efficiency and stability of blue thermally activated delayed fluorescence emitters by perdeuteration）”与“离域热活化延迟荧光材料的电子分布实现高效率与长寿命的电致蓝光（Delocalizing electron distribution in thermally activated delayed fluorophors for high-efficiency and long-lifetime blue electroluminescence）”为题，先后发表在《自然•光子学》（Nature Photonics）与《自然•材料》（Nature Materials）上。论文连接：https://www.nature.com/articles/s41566-024-01379-1，https://www.nature.com/articles/s41563-024-02004-w。

　　有机发光二极管（OLED）具有优异的显示性能，近年来广泛应用于中小尺寸显示设备上。然而，相比于成熟的绿光和红光器件，蓝光器件效率低且寿命短，限制了该技术的发展。兼顾高效率与长寿命的蓝光OLED一直是该领域追求的目标，但面临严峻挑战。热活化敏化荧光（TSF）技术可结合热活化延迟荧光（TADF）敏化剂和窄光谱染料的优势，有望实现100%激子利用率和长器件寿命，被认为是新一代OLED发光技术。然而，蓝光TADF敏化剂材料的稳定性较差，亟待开发新的分子设计思路，实现性能突破。

　　基于前期发展的苯腈-多咔唑（CzBN）分子体系，研究团队报道了新的分子设计策略，分别从热力学和动力学角度显著提升了蓝光TADF敏化剂的稳定性。从热力学角度，开发了全氘代蓝光TADF材料，抑制分子高频振动、降低分子振动能量，有效提升了材料的本征稳定性；从动力学角度，提出了在苯腈咔唑体系中引入第二受体实现电子离域的策略，不仅提升了分子在负极化子状态下的稳定性，还显著缩短了激发态寿命，抑制了激发态相互作用导致的材料裂解。利用上述材料作为敏化剂，构筑的TSF深蓝光器件外量子效率高达30.8%，色坐标为（0.14，0.17），且在初始亮度为1000 cd/m2时，LT95（初始亮度衰减到其95%所需时间）超过220小时，其效率及稳定性均高于文献报道的蓝色磷光器件。上述研究为攻克蓝光OLED器件效率和稳定性难题提供了系统解决思路，对加快实现新一代蓝光材料及器件产业化具有重要意义。