Angew. Chem. ：咔唑修饰有机硼荧光材料与溶液加工型窄谱带蓝光超荧光器件

多重共振热活化延迟荧光（MR-TADF）材料具有高效率和高色纯度的特点，适用于新一代广色域超高清显示。目前为止，蒸镀型MR-TADF有机发光二极管（OLED）已经获得了优异的外量子效率（EQE），例如，红光、绿光和蓝光器件分别达到36.1%，40.1%，43.9%。相比真空蒸镀工艺，溶液加工型MR-TADF器件的效率明显低于蒸镀型器件，特别是纯蓝光器件EQE为16.6%，其原因主要有两方面：一是二苯胺修饰的经典蓝光材料v-DABNA最高占据分子轨道（HOMO）能级较高，与主体材料匹配容易形成空穴陷阱影响空穴传输，继而带来载流子传输不平衡和激子淬灭的问题；二是v-DABNA的平面结构导致聚集严重以及溶解性较差。

图1 分子设计策略

近期，中国科学院长春应用化学研究所王利祥研究员团队成功开发出具有低HOMO能级特点的咔唑修饰有机硼荧光材料，实现了主体与染料之间的电荷陷阱由深陷阱向浅陷阱的转变。同时咔唑的位阻作用有效地抑制了分子聚集带来的激子淬灭以及提升了溶解性，继而成功地组装出具有创纪录效率（29.2%）的溶液加工型窄谱带蓝光超荧光OLED器件，具体成果如下。

图2（a）有机硼荧光材料的能级排布；溶液态吸收/发射光谱（b）和瞬态光谱（c）；（d）不同掺杂含量薄膜的PLQY。

相比二苯胺修饰的染料v-DABNA，咔唑和叔丁基咔唑修饰染料Cz-DABNA和t-BuCz-DABNA的HOMO/LUMO能级从-5.28/-2.64 eV降低至-5.54/-2.91 eV和-5.48/-2.87 eV，同时其带隙基本保持不变。咔唑的空间位阻作用有效抑制了分子聚集，使染料在氯苯中的溶解度由0.5mg/ml提升到10mg/ml以上。Cz-DABNA和t-BuCz-DABNA在溶液态表现出窄谱带蓝光发射，发光峰位于465/466 nm，半峰宽为12 nm，同时表现出TADF效应。更重要的是，两者溶液态荧光量子效率（PLQY）由v-DABNA的83.7%提升到90.6%和94.2%。咔唑修饰染料在主体掺杂薄膜的PLQY表现出弱的浓度依赖性，当PLQY达到峰值后，随着掺杂含量提升，v-DABNA薄膜的PLQY显著降低，而Cz-DABNA和t-BuCz-DABNA薄膜的PLQY则缓慢下降。

图3（a）敏化剂的光致发光（PL）光谱和染料吸收光谱重叠；染料掺入前后的稳态（b）和瞬态（c）PL光谱；（d）敏化膜和非敏化膜的PLQY。

图4（a）器件能级排布；（b）电流密度-电压-亮度曲线；（c）外量子效率-亮度曲线（插图为器件光谱和照片）；（d）文献结果对比图。

选取具有高反向系间窜越速率的TADF材料5CzTRZ作为敏化剂，组装了溶液加工型超荧光蓝光器件。咔唑修饰染料的低HOMO能级使空穴陷阱深度由v-DABNA的0.40 eV降低至Cz-DABNA和t-BuCz-DABNA的0.14/0.20 eV，带来器件驱动电压下降以及效率提升，其中以t-BuCz-DABNA为染料的器件启亮电压为3.0 V，外量子效率为29.2%，发光峰位于472 nm，半峰宽为16.6 nm，CIE色坐标为（0.139，0.189），为具有最高效率的溶液加工型MR-TADF器件。

论文信息

Carbazole-Decorated Organoboron Emitters with Low-Lying HOMO Levels for Solution-Processed Narrowband Blue Hyperfluorescence OLED Devices

Kaiyuan Zhang, Xingdong Wang, Yufei Chang, Yuliang Wu, Shumeng Wang,* and Lixiang Wang*

本文的第一作者是博士研究生张凯源，通讯作者是王淑萌副研究员和王利祥研究员。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202313084