有机发光二极管（OLED）显示之所以能呈现绚丽色彩，依赖于红、绿、蓝（RGB）三原色发光材料的精准配合。其中，红光和绿光材料发展相对成熟，但高效、高色纯度的蓝光材料却面临严峻挑战：传统荧光蓝光材料只能利用25%的单线态激子，效率上限低；磷光材料虽能利用所有激子，但稳定性和色纯度不佳，且高效深蓝磷光材料稀缺；理想蓝光需要尖锐的发射光谱（窄半峰宽，FWHM）。传统基于“扭曲供体-受体”（D-A）结构的热激活延迟荧光（TADF）材料，因激发态结构弛豫导致光谱过宽，颜色不纯；高亮度下，器件效率急剧下降。多共振热激活延迟荧光（MR-TADF） 材料被视为解决上述问题的希望之星。其独特的刚性多环骨架和硼（B）、氮（N）原子的相反共振效应，能同时实现窄光谱发射和小单线态-三线态能隙（ΔE_ST），从而高效利用所有激子实现TADF。虽然MR-TADF材料潜力巨大，但如何精确调控其发光颜色，特别是实现高效蓝光发射，仍是一大难题。

图1：分子设计策略及分子结构

针对上述问题，深圳大学杨楚罗团队选择了一种本身倾向于红光发射的经典MR-TADF分子CzBN作为母核。他们创新性地在其分子结构中硼（B）原子的对位引入富电子的二芳胺（Diarylamino）基团进行“外围装饰”，设计并合成了两种新分子：CzBN-tDPA（修饰基团：叔丁基二苯胺）和CzBN-mCP（修饰基团：双咔唑基苯胺）。给电子基团连接到缺电子的B原子上，有效降低了B的缺电子性；改变了分子的前线分子轨道（FMO）能级，略微增大了能隙（Eg）；增强了低频振动耦合，并抑制了固态下激基复合物的形成；引入位阻mCP基团的双咔唑结构，带来大的空间位阻，减弱了分子间π-π相互作用，有效抑制了浓度猝灭和光谱展宽。

图2. CzBN-tDPA和CzBN-mCP的光物理性质。

母核分子的CzBN发射峰在476 nm (天蓝色)，CzBN-tDPA分子的发射峰蓝移至465 nm (蓝色)，FWHM为23 nm，CzBN-mCP分子的发射峰蓝移至 464 nm (蓝色)，FWHM 21 nm，接近目前报道的最窄蓝光水平。与母核分子相比，色坐标(CIEy)显著降低，蓝光纯度大幅提升。CzBN-tDPA的反向系间窜越速率常数K_RISC从母核分子的10⁴ S^-1 提升至>10⁵ s^-¹，意味着三线态激子能更快地“翻越”能垒回到单线态并发光。光致发光量子产率 (PLQY) 在掺杂薄膜中均超过 80%。

图3. CzBN-tDPA和CzBN-mCP的器件性能。

图 4. HF器件的性能

基于CzBN-tDPA的器件EQE_max为19.3%, 发射峰在475nm, FWHM为29nm, CIE坐标为(0.12, 0.21)，基于CzBN-mCP的器件 EQE_max = 18.1%, 发射峰在471nm, FWHM为26nm, CIE坐标为(0.12, 0.16)，两者效率滚降均显著低于母核分子器件 (在1000 cd/m⟡亮度下，EQE仍分别保持16.4%和13.9%)，这得益于更快的K_RISC抑制了激子猝灭。在使用 3Cz2BN 作为TADF敏化剂(TS)的条件下，两个分子的EQE_max达到 30.6% (相较于普通器件提升59%和69%)。CzBN-mCP器件的发射峰在469nm, FWHM为28nm, CIE坐标为(0.13, 0.14)，实现了高效、高色纯度的蓝光发射。该效率与目前顶尖的蓝光超荧光器件性能相当。

综上所述，该工作介绍了通过精准的“分子外围装饰”策略，成功地将一个倾向于红光发射的MR-TADF母核转化为高性能的窄谱带蓝光材料，突破了传统修饰导致红移的限制。所开发的 CzBN-tDPA 和 CzBN-mCP，特别是后者，在溶液态和固态（尤其是超荧光器件中）均展现出优异的蓝光发射特性：窄光谱、高效率、低滚降、高色纯度。

相关成果以标题“Peripheral decoration of multi-resonance TADF emitter for narrowband blue OLEDs ”发表在Chemical Engineering Journal （影响因子13.3，中科院JCR一区），深圳大学黄忠衍助理教授为本文通讯作者。

论文信息：

标题：Peripheral decoration of multi-resonance TADF emitter for narrowband blue OLEDs

全文链接： https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144664