超高清顯示對有機發(fā)光二極管（OLED）的性能提出了越來越高的要求，即高效率、長壽命和高色純度。近年來，多重共振型熱活化延遲熒光（MR-TADF）材料由于其高效的窄帶發(fā)射特性而得到迅速發(fā)展，在實現高效率高色純度OLED方面極具潛力。不過，MR-TADF分子通常表現出較長的激子壽命（通常為幾十甚至上百微秒），這使得其器件（特別是藍光OLED）的穩(wěn)定性面臨極大挑戰(zhàn)（藍光發(fā)光層中激子累積碰撞生成的高能激子會導致化學鍵解離）?？焖俑咝У募ぷ永檬菍崿F穩(wěn)定高效藍光器件的關鍵解決方案。為此，研究者們使用較短激子壽命的磷光材料和TADF材料作為MR-TADF材料的敏化劑，即采用磷光敏化熒光（PSF）和TADF敏化熒光（TSF）策略，很大程度地提升了MR- TADF器件的性能。然而在PSF和TSF機制中，激子利用的效率和速率仍不可避免地受到自旋統(tǒng)計和躍遷禁阻的限制（如圖1a-b）。

圖1. 不同敏化機制下激子動力學示意圖

近日，中國科學院福建物質結構研究所盧燦忠團隊以d-f躍遷的雙線態(tài)發(fā)光稀土配合物作為敏化劑，提出并實施了藍光OLED敏化新策略——雙線態(tài)敏化熒光（DSF）。由于雙線態(tài)激子生成不受限于自旋統(tǒng)計（電激發(fā)下，傳統(tǒng)閉殼層材料上三線態(tài)激子:單線態(tài)激子生成比例為3:1），且雙線態(tài)輻射躍遷和能量轉移沒有自旋躍遷禁阻的限制，該策略完美地實現了激子的高效且快速利用，從而獲得高性能深藍光OLED。

圖2. 電致發(fā)光性能對比

研究團隊采用雙線態(tài)發(fā)射的稀土配合物Ce-2作敏化劑，MR-TADF材料ν-DABNA作為終端發(fā)射材料，制備了DSF-OLED（圖2a）。實驗證明，DSF-OLED發(fā)光層中Ce(III)先捕獲空穴氧化為Ce(IV)，接著與注入的電子結合形成雙線態(tài)的Ce(III)*。Ce(III)配合物獨特的空穴捕獲和電子傳輸能力（圖3a-c），保證發(fā)光層中主要形成雙線態(tài)激子，再通過F?rster能量傳遞（FRET）將能量轉移至客體分子（圖3d。這與光激發(fā)下的機制略有不同，如圖1c，光激發(fā)下有部分激子在主體材料上形成）。由于規(guī)避了涉及三線態(tài)的慢激子動力學過程，DSF系統(tǒng)實現了極快的FRET（k_FRET = 4.15 × 10⁸ s^?1），且FRET效率高達93.5%。由于具有很高的激子利用率和極短的激子停留時間（1.36 μs，圖2f），DSF-OLED實現了高效的深藍光發(fā)射，最大外量子效率為30.0%，相比于敏化前的器件效率（9.5%）提升了兩倍多，最大亮度也從3742 cd m^?2增加到23860 cd m^?2，1000 cd m^?2的亮度下CIE色坐標為（0.13,0.14），效率滾降僅為14.7%（圖2b-d）。與傳統(tǒng)的相關PSF-OLED和TSF-OLED相比，該DSF-OLED的綜合性能指標（效率、色純度、效率滾降）具有優(yōu)勢（圖2e）。值得一提的是，相較于同等條件下制備和表征的非敏化器件，DSF-OLED運行壽命有非常顯著的提升（9.1 h versus 7 min）。該研究表明，DSF策略在實現高效、穩(wěn)定、高色純度的藍光OLED方面具有很大潛力，有希望在實現超高清OLED顯示中發(fā)揮重要作用。

圖3. DSF-OLED電致發(fā)光機制

相關研究成果以《Efficient deep-blue organic light-emitting diodes employing doublet sensitization》為題在線發(fā)表于《Advanced Materials》（Adv. Mater.2024,202408118）。中國科學院福建物構所-中國科學技術大學/贛江院聯(lián)培博士生孫宇富為本文第一作者，中國科學院福建物構所盧燦忠研究員和陳旭林副研究員為本文的通訊作者，北京大學劉志偉教授和長春應化所周亮研究員分別在材料合成和器件制備方面提供了幫助，為本文的共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金、廈門市重大科技計劃項目、閩都創(chuàng)新實驗室基金等支持。

盧燦忠研究員和陳旭林副研究員等在OLED材料和器件方面取得了系列研究進展。包括藍光材料和器件（Adv. Mater.2024,202408118;Adv. Mater.2024,2401724;Angew. Chem. Int. Ed.?2017,56,15006）、TADF材料反向系間竄越機制及相關分子設計（Research 2023,6,0155;Adv. Funct. Mater.2024,2314533;Adv. Sci.2023,2300808）、新型離子型TADF材料（CCS Chem.2023,5,589;Chem. Eng. J.2023,460,141836;Chem. Eng. J.2024,482,148865）等。

論文鏈接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202408118