在显示技术飞速发展的今天,有机发光二极管(OLED)因其具有柔性可折叠、广色域和轻薄等优势,广泛应用于智能手机、可穿戴设备以及车载显示等多个领域。多重共振热活化延迟荧光(MR-TADF)材料作为第三代OLED发光材料由于具有成本低廉、100%理论内量子效率(IQE)以及高色纯度等优势,自2016年由Hatakeyama教授开发以来便成为前沿热点课题。然而,纯绿光MR-TADF材料在实现高色纯度和长寿命方面仍面临巨大挑战。近日,深圳大学材料学院杨楚罗教授团队针对上述问题,采用氘代策略和叔丁基微调策略相结合的方法,构建了一例氘代三硼MR-TADF材料ω’-DABNA。该材料在OLED器件中实现了半峰宽(FWHM)为25 nm的窄带发射,CIE为(0.16, 0.75),最大外量子效率(EQE)达34.6%且具有较低的效率滚降,在初始亮度1000 cd/m²条件下,器件寿命(LT80)长达6078小时。相关内容以“Deuterated Multi-Resonance Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitters for Pure-Green Organic Light-Emitting Diodes with CIE Coordinates of (0.16, 0.75) and Long Lifetimes”发表于国际权威期刊Angewandte Chemie 。深圳大学材料学院副研究员权茂博士为第一作者,朱泽林博士为共同第一作者,杨楚罗教授为通讯作者、缪景生副教授为共同通讯作者,深圳大学为唯一通讯单位。
2016年,Hatakeyama教授团队开创性地提出MR-TADF材料的设计策略,通过在多环芳烃(PAHs)骨架中交替引入电子给体(如氮原子)和电子受体(如硼原子),实现了前线分子轨道(HOMO/LUMO)的原子级空间分离,从而兼具窄带发射(FWHM < 30 nm)和较小的单重态-三重态能隙(ΔEST < 0.3 eV),为高色纯度、高效率OLED材料开辟了新方向。然而,在红、蓝光MR-TADF材料相继取得突破的同时,符合BT.2020标准(CIE 0.170, 0.797)的纯绿光材料仍面临巨大挑战——不仅需要精确调控发射波长,还需同时优化CIE色坐标(尤其CIEy > 0.75),而现有材料的色纯度或效率往往难以兼顾。
此外,MR-TADF材料的器件寿命问题也制约其产业化应用。氘代(Deuteration)作为一种提升材料稳定性的有效策略,通过降低分子振动零点能(ZPE)和增强化学键强度(C-D键能比C-H键高~0.1 eV),已在磷光材料和传统TADF材料中展现出显著效果。2022年,韩国LG display公司开发了OLED.EX技术,其亮点之一是采用了氘代材料,使得显示器的亮度提高了30%,并且具有更好的稳定性。然而,到目前为止,氘代(MR)-TADF材料仅有少数报道,并且仅限于单硼和双硼材料。高阶硼氮MR-TADF材料的氘代合成面临严峻挑战——常规高温硼化反应(如BBr₃, 200°C)会导致氘-氢交换,使硼化前体的氘代度大幅下降甚至归零。
针对这一难题,该研究创新性地采用低温硼化策略(0°C, BI₃/2,6-二叔丁基吡啶体系),结合叔丁基位置微调的分子设计,成功开发出氘代率为53.3%的三阶硼氮MR-TADF材料(ω’-DABNA-D),其器件性能达到:CIE (0.16, 0.75),接近BT.2020标准,EQEmax为34.6%(1000 cd/m²下仍保持30.7%)LT80寿命6078小时(Ir(ppy)₃敏化条件下)。这一成果不仅解决了氘代高阶硼氮MR-TADF材料的合成难题,更为高色纯度、广色域以及长寿命纯绿光OLED的产业化提供了关键材料基础。



