三维互锁分子结构触发分子内相互作用实现高效深蓝多共振热激活延迟荧光材料

本文报道了一种基于B/N多共振核与吲哚咔唑基团三维互锁的新型热激活延迟荧光（TADF）材料DPABN-ICz。该材料通过独特的分子设计实现了445 nm的深蓝发射，半峰宽（FWHM）仅19 nm，CIEy坐标0.06，光致发光量子产率（PLQY）高达94%。采用敏化OLED结构后，器件最大外量子效率（EQE）达31.4%，FWHM为27 nm，完全符合BT.2020深蓝标准，为下一代高清显示技术提供了重要解决方案。

　　

三维互锁触发分子内相互作用实现高效深蓝多共振TADF材料

摘要

多共振热激活延迟荧光（MR-TADF）发射体在实现高效率和窄带全色发射方面展现出巨大潜力。然而，兼具高效率和深蓝发射特性的MR-TADF材料开发仍面临重大挑战。本研究通过三维互锁B/N基MR核与吲哚咔唑基团，开发出新型发射体DPABN-ICz，其深蓝发射峰位于445 nm，半峰宽（FWHM）仅19 nm，CIE_y坐标0.06。该材料振荡强度达0.2975，光致发光量子产率（PLQY）高达94%。采用敏化OLED结构后，器件最大外量子效率（EQE）达31.4%，FWHM为27 nm，CIE坐标（0.153,0.055），完全符合BT.2020深蓝发射标准。

1 引言

高清显示技术发展对有机发光二极管（OLED）提出了更高要求。2012年国际电信联盟提出的BT.2020色域标准要求显示器能精确再现红/绿/蓝（R/G/B）三原色。虽然通过磷光和TADF材料已实现近100%的内量子效率，但传统OLED的宽发射光谱（FWHM>50 nm）导致色纯度下降，需要额外滤色片，降低了光提取效率。近年来，基于稠合多环π体系的多共振TADF（MR-TADF）材料成为研究热点，其有机硼/氮基发射体可实现FWHM<40 nm的高效电致发光，覆盖深蓝到红的全可见光谱。然而，同时满足高效率、窄FWHM（<30 nm）和深蓝发射（CIE_y<0.06）的MR-TADF材料仍具挑战性。

2 结果与讨论

通过三维互锁两个刚性基团，研究者开发出MR-TADF材料DPABN-ICz。单晶分析显示，DABNA部分的两个自由苯环与N-B-N平面形成84.67°二面角，而N-B-N平面与ICz片段间二面角为53.88°，这种三维分子结构有效抑制了π-π堆积和荧光猝灭。DPABN-ICz在甲苯溶液中显示432 nm的短程电荷转移（SR-CT）特征吸收峰和445 nm的深蓝发射峰，FWHM仅19 nm，斯托克斯位移13 nm。77 K下测得ΔE_ST为0.18 eV。在mCBP主体中掺杂1 wt%时，薄膜PLQY达94%，瞬态荧光显示明显的微秒级延迟组分，证实其TADF特性。

密度泛函理论（DFT）计算显示，B/N与ICz片段间存在显著的分子内范德华相互作用，59.3°的二面角增强了分子刚性。DPABN-ICz表现出交替分布的HOMO和LUMO，f值达0.2975，高于独立片段。SCS-CC2/cc-pVDZ方法计算的ΔE_ST（0.16 eV）与实验结果吻合。激发态分析显示S₁态主要来自HOMO→LUMO的SR-CT，而S₂态则源于HOMO-1→LUMO的长程电荷转移（LR-CT）。

采用高效TADF敏化剂m4TCzPhBN（k_RISC=1.01×10⁶ s^-1）构建的OLED器件结构为ITO/HATCN/TAPC/TCTA/mCP/mCBP:30 wt% m4TCPhBN:1 wt% DPABN-ICz/PPT/Liq/Al。该器件开启电压仅3.2 V，电致发光峰445 nm，FWHM 27 nm，CIE坐标（0.153,0.055），EQE_max达31.4%，是目前报道的深蓝MR-TADF材料中的领先水平。水平跃迁偶极比（Θ=0.70）进一步提高了光取出效率。

3 结论

通过合理调控吲哚咔唑与硼氮骨架的相对空间位置，DPABN-ICz形成了三维互锁分子框架。这种紧凑的空间组装触发了多重共振效应，使材料展现出445 nm的深蓝发射（FWHM=19 nm，CIE_y=0.06）和94%的PLQY。敏化OLED实现了31.4%的EQE_max，完全符合BT.2020标准。该研究为设计高效、刚性、全色发射的MR-TADF材料提供了新思路。