Nature Materials：不再“烧屏”，新技术实现高效稳定蓝光OLED！

一、【科学背景】

在有机发光二极管（OLED）显示器中，屏幕像素由红色、绿色和蓝色三种不同颜色的子像素组成，它们以不同的强度发光以产生不同的颜色。然而，发出蓝光的子像素最不稳定，容易受到屏幕“烧屏”的影响，从而导致屏幕变色并破坏观看质量。二十多年来，OLED技术的“蓝色问题”让研究人员和行业专家都感到困惑。蓝色OLED对于在显示器中实现全光谱色彩至关重要，但与绿色和红色相比，它们在效率和寿命方面都相差太多了。超荧光在蓝色有机发光二极管中具有巨大应用前景，消除向末端发射极三重态的Dexter转移是提高效率和稳定性的关键。目前的器件依赖于高间隙矩阵来防止Dexter转移，然而从制造的角度来看，这会导致器件过于复杂。

二、【创新成果】

基于以上难题，英国剑桥大学Daniel G. Congrave、Neil C. Greenham和Hugo Bronstein等人在Nature Materials发表了题为“Suppression of Dexter transfer by covalent encapsulation for efficient matrix-free narrowband deep blue hyperfluorescent OLEDs”的论文，该研究报告一种分子设计，其中超窄带蓝色发射器被绝缘亚烷基带共价封装。这种OLED具有简单发射层，主要组成是掺杂有封装的终端发射器和原始热激活延迟荧光（TADF）基质。与未掺杂器件相比，该OLED表现出了可忽略的外量子效率（EQE）下降，实现了21.5%最大EQE。为了解释在没有高间隙矩阵的情况下的高效率，研究人员通过瞬态吸收光谱观察到，原始热激活延迟荧光敏化剂主体的Dexter转移，可以通过封装的末端发射体而显著减少，从而实现了高效“无基质matrix-free”蓝色超荧光。

图1  分子设计 © 2024 Springer Nature

新型终端发射器NB-1和NB-2的设计与合成如图1所示。随后研究人员制作了OLED，以探索将封装的发射器集成到无基质超荧光（MFHF）器件中的效果。

图2  OLED器件 © 2024 Springer Nature

为探究封装受体结构对TADF主体能量传递的影响，研究人员设计了未封装的类似物NB-3作为对比，研究了PL光谱和瞬态吸收（TA）光谱。结果表明NB-3随着掺杂浓度的增加，可以记录到宽的非结构PL。相反，对于NB-1，DMAC-DPS中的PL向其窄结构溶液谱发展，表明烷基烯包封有效抑制了包封结构的聚集。TA光谱直接证明NB-1的封装分子结构可以明显抑制原始TADF宿主中通过Dexter转移到终端发射器三重体的损耗，从而保持无基质超荧光有机发光二极管（MFHF OLEDs）外量子效率几乎不变。

图3  瞬态吸收（TA）光谱研究 © 2024 Springer Nature

三、【科学启迪】

本研究开发了由大体积的亚烯带封装的超窄带蓝色发射器。发射器的理想光谱特性有助于对原始蓝色TADF宿主的单线态进行有效的FRET。通过使用TA光谱与未封装的类似物NB-3进行比较，首次在超荧光系统中直接观察到通过Dexter机制的终端发射器三联体，从而揭示封装带可以有效抑制终端发射器三联体的Dexter损失途径。新的分子设计绕过了对基质的需求，促进了高效的蓝色无基质超荧光有机发光二极管（MFHF OLEDs），发射层仅由TADF敏化剂主体和封装的终端发射器组成。由于有效抑制了Dexter转移，与未掺杂的参考器件相比，MFHF OLED表现出可忽略的EQE下降，实现了21.5%的最大EQE。同时，与未掺杂器件相比，器件的发射半峰宽从>80 nm到14-15 nm的超窄值降低了6倍，具有理想的深蓝峰值波长（449和458nm）。因此，具有窄带蓝色发射和高效率的简单结构MFHF OLED器件首次得以实现。

原文详情：Suppression of Dexter transfer by covalent encapsulation for efficient matrix-free narrowband deep blue hyperfluorescent OLEDs (Nat. Mater. 2024, DOI: 10.1038/s41563-024-01812-4)

本文由大兵哥供稿。