Nature Materials：不再“燒屏”，新技術實現高效穩定藍光OLED！

一、【科學背景】

在有機發光二極管（OLED）顯示器中，屏幕像素由紅色、綠色和藍色三種不同顏色的子像素組成，它們以不同的強度發光以產生不同的顏色。然而，發出藍光的子像素最不穩定，容易受到屏幕“燒屏”的影響，從而導致屏幕變色并破壞觀看質量。二十多年來，OLED技術的“藍色問題”讓研究人員和行業專家都感到困惑。藍色OLED對于在顯示器中實現全光譜色彩至關重要，但與綠色和紅色相比，它們在效率和壽命方面都相差太多了。超熒光在藍色有機發光二極管中具有巨大應用前景，消除向末端發射極三重態的Dexter轉移是提高效率和穩定性的關鍵。目前的器件依賴于高間隙矩陣來防止Dexter轉移，然而從制造的角度來看，這會導致器件過于復雜。

二、【創新成果】

基于以上難題，英國劍橋大學Daniel G. Congrave、Neil C. Greenham和Hugo Bronstein等人在Nature Materials發表了題為“Suppression of Dexter transfer by covalent encapsulation for efficient matrix-free narrowband deep blue hyperfluorescent OLEDs”的論文，該研究報告一種分子設計，其中超窄帶藍色發射器被絕緣亞烷基帶共價封裝。這種OLED具有簡單發射層，主要組成是摻雜有封裝的終端發射器和原始熱激活延遲熒光（TADF）基質。與未摻雜器件相比，該OLED表現出了可忽略的外量子效率（EQE）下降，實現了21.5%最大EQE。為了解釋在沒有高間隙矩陣的情況下的高效率，研究人員通過瞬態吸收光譜觀察到，原始熱激活延遲熒光敏化劑主體的Dexter轉移，可以通過封裝的末端發射體而顯著減少，從而實現了高效“無基質matrix-free”藍色超熒光。

圖1 ?分子設計 ? 2024 Springer Nature

新型終端發射器NB-1和NB-2的設計與合成如圖1所示。隨后研究人員制作了OLED，以探索將封裝的發射器集成到無基質超熒光（MFHF）器件中的效果。

圖2 ?OLED器件 ? 2024 Springer Nature

為探究封裝受體結構對TADF主體能量傳遞的影響，研究人員設計了未封裝的類似物NB-3作為對比，研究了PL光譜和瞬態吸收（TA）光譜。結果表明NB-3隨著摻雜濃度的增加，可以記錄到寬的非結構PL。相反，對于NB-1，DMAC-DPS中的PL向其窄結構溶液譜發展，表明烷基烯包封有效抑制了包封結構的聚集。TA光譜直接證明NB-1的封裝分子結構可以明顯抑制原始TADF宿主中通過Dexter轉移到終端發射器三重體的損耗，從而保持無基質超熒光有機發光二極管（MFHF OLEDs）外量子效率幾乎不變。

圖3 ?瞬態吸收（TA）光譜研究 ? 2024 Springer Nature

三、【科學啟迪】

本研究開發了由大體積的亞烯帶封裝的超窄帶藍色發射器。發射器的理想光譜特性有助于對原始藍色TADF宿主的單線態進行有效的FRET。通過使用TA光譜與未封裝的類似物NB-3進行比較，首次在超熒光系統中直接觀察到通過Dexter機制的終端發射器三聯體，從而揭示封裝帶可以有效抑制終端發射器三聯體的Dexter損失途徑。新的分子設計繞過了對基質的需求，促進了高效的藍色無基質超熒光有機發光二極管（MFHF OLEDs），發射層僅由TADF敏化劑主體和封裝的終端發射器組成。由于有效抑制了Dexter轉移，與未摻雜的參考器件相比，MFHF OLED表現出可忽略的EQE下降，實現了21.5%的最大EQE。同時，與未摻雜器件相比，器件的發射半峰寬從>80 nm到14-15 nm的超窄值降低了6倍，具有理想的深藍峰值波長（449和458nm）。因此，具有窄帶藍色發射和高效率的簡單結構MFHF OLED器件首次得以實現。

原文詳情：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。