【Angew.Chem.】吉大王悦、魏金北联手季华实验室梁宝燕|护眼与高清兼得！最大EQE达36.1%的深蓝光MR-TADF材料打破显示“三难困境”
文章标题： Molecular Conformation‐Locking for Eye Care and Highly Efficient Narrowband Deep‐Blue Organic Electroluminescence
通讯作者： Xinliang Cai, Baoyan Liang, Jinbei Wei, Yue Wang
文章概要
引言
开发高性能深蓝光发光材料是先进显示技术领域的重大挑战，不仅需要满足极为苛刻的色度学标准，还要尽可能降低对视网膜的辐射损伤。理想的深蓝光材料需要同时具备超窄的发光半峰宽、精准的深蓝光发射峰位置，以及在四百五十纳米以下高能紫外/蓝光波段极低的发光强度。然而，传统的分子构型锁定或共轭扩展策略往往会导致发光红移，难以维持深蓝光色坐标。本研究针对这一痛点，提出了一种创新的骨架刚性化与构型锁定策略，通过在经典的经典多共振热活化延迟荧光材料母体中融合五元氧杂杂环，成功攻克了高色纯度与视觉健康无法兼顾的行业难题。
The strategy for development of deep-blue MR-TADF emitter with ultra-narrow FWHM utilizing v-DABNA as the parent molecule.
主要实验及结论
研究人员以经典的ν-DABNA为母体结构，成功合成了目标分子ν-DABNA-O。单晶X射线衍射测试结果表明，新分子内部形成了非常明确的C–H···O分子内非共价键锁定网络，键距在二点六七埃左右，远低于非共价相互作用的经验阈值。这种精细的构型锁定使分子整体呈现出极高的平面性，内部二面角较母体结构大幅度缩小，有效抑制了 triphenylboron 核心平面的大振幅扭转振动。理论计算与动力学模拟同样证实，这种构型锁定大幅度降低了重组能，使模拟振动光谱与实验数据高度吻合。
Single-crystal x-ray structures of (a) ν-DABNA and (b) ν-DABNA-O.
在光物理性能表征中，ν-DABNA-O表现出极为优异的综合发光特性。在稀甲苯溶液中，该分子表现出极为尖锐且具有精细振动结构的吸收带，最大发光峰精准定位于四百六十点四纳米，其半峰宽仅为十二纳米。与母体材料相比，新材料实现了明显的发光蓝移和光谱压缩，色坐标达到了优异的（0.136, 0.060）。更为关键的是，由于非辐射跃迁途径被成功压制，该材料在去氧甲苯溶液中的绝对荧光产率高达百分之九十八。
HOMO and LUMO distributions and oscillator strengths for ν-DABNA (top) and ν-DABNA-O (bottom) calculated at the B3LYP/6–31G(d, p) level, respectively.
(a) Theoretical estimation of reorganization energies and (b) Huang-Rhys factor versus frequency plots for ν-DABNA and ν-DABNA-O. (c-d) The representative vibration modes for S1→S0 transition of ν-DABNA and ν-DABNA-O. (e) Simulated emission spectra of ν-DABNA and ν-DABNA-O by Franck–Condon analysis of S1→S0 transition.
为了评估其实际应用潜力，研究团队制备了多层有机发光二极管器件。在非敏化器件中，最优掺杂浓度的器件实现了出色的深蓝光发射。为了进一步抑制高电流密度下的效率滚降，研究人员引入了铂配合物作为磷光辅助客体构建了磷光敏化热活化延迟荧光器件。该敏化器件在保持色坐标（0.135, 0.091）和超窄半峰宽的同时，实现了高达百分之三十六点一的最大外量子效率，且在实际应用亮度下表现出极其平缓的效率衰减。定量光谱分析表明，该器件在四百五十纳米以下的高能有害蓝光波段积分面积仅占总光谱的百分之二左右，展现出无与伦比的护眼特性。
Photophysical properties of emitters. (a) The UV–vis spectra and fluorescence spectra of ν-DABNA and ν-DABNA-O in diluted toluene. (b) The transient photoluminescence decay curves in doped films. (c) Radar diagram showing the key photophysical properties of the emitters (the outer area is better). FWHM = full-width at half-maximum (in toluene); _k_r = fluorescence radiative decay rate (in film); _Φ_PL = photoluminescence quantum yield (in toluene); _λ_PL = maximum emission peak wavelength (in toluene); CIEy Coordinate (in toluene).
EL performances of the v-DABNA-O-based PSF device. (a) Device structure, (b) EL spectra, (c) EQE-luminance curves and (d) EL performances at 1000 cd m−2 of high color purity MR-based OLED devices with FWHM ≤ 25 nm ever reported.
总结及展望
本研究通过精妙的分子设计，在多共振骨架中引入微弱的非共价相互作用，成功实现了对分子几何构型和前线轨道能级的精准双重调控。该策略不仅赋予了材料接近完美的荧光效率和极高的色纯度，更通过精细的光谱整形技术，大幅削减了显示器件中的有害高能蓝光成分。这一成果不仅为深蓝光多共振材料的设计开辟了全新路径，也为未来开发兼顾极致色彩画质与优异生物兼容性的新一代健康显示技术奠定了坚实的材料基石。