注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析

有机发光二极管（OLED）因其主动发光、宽色域、轻薄，高对比度，柔性等优势，已成功商业化，并成为智能手机的标配。然而，OLED的发展依然受到蓝光器件无法同时获得高效率与长寿命的限制。作为目前商业化OLED中主要应用的蓝光材料，传统蓝色荧光染料尽管稳定性好，但效率低。磷光材料能显著提升器件效率，但稳定性差。热活化延迟荧光（TADF）材料利用纯有机分子可实现100%激子利用，为OLED蓝光材料与器件提供了新的选择。然而，TADF材料依然受其缓慢的激子发光动力学过程的限制，器件寿命不能满足产业化要求。

清华大学段炼（点击查看介绍）团队提出的热活化敏化荧光（TADF-sensitized fluorescence, TSF）发光机制，利用TADF作为敏化剂，荧光染料作为发光客体，结合TADF敏化剂高激子利用率和传统荧光染料高稳定性的优势，有望实现高效稳定的蓝光器件。实现此目标需要蓝光敏化剂具有快速的RISC过程以及一定的稳定性。该团队前期开发的基于氰基/咔唑衍生物（CzBNs）的蓝光TADF材料，被认为是最稳定的蓝光材料体系之一。基于CzBNs的天蓝光染料实现了目前报道的天蓝光器件最长寿命。然而，要实现高效稳定的深蓝光发射（峰值< 470 nm），CzBNs染料的性能仍亟待提升。原因在于随着光谱蓝移，此类材料电荷转移三线态（³CT）与局域三线态（³LE）之间能级进一步增大，不利于实现高效的反向系间窜越（RISC）。

针对该问题，在最新工作中，该团队采用弱电子受体-苯腈替代强受体-CN，构筑了给-受体相对位置不同的多给体-多受体的结构，通过瞬态吸收测试证明直线型给体-π-给体（D-π-D）和受体-π-受体（A-π-A）的结构能增强离域激发态，减小³LE-³CT能级差，提升RISC速率（k_RISC）。构筑的蓝光材料p4TCzDBN在456 nm的发光下，k_RISC高达2.4×10⁶ s^-1，这是基于CzBNs衍生物的最高值。

利用p4TCzDBN作为敏化剂，引入具有多重共振效应的染料，构筑了深蓝光TSF器件。器件的CIE坐标为（0.13，0.12)，半峰宽~28 nm，EQE高达32.5%，且在100 cd/m²亮度下，器件T80> 3000 h。这是目前已有报道中该光色下效率最高、寿命最长的深蓝光器件。

此研究为深蓝光OLED器件研究开辟了新路，有望突破蓝光OLED效率和寿命的瓶颈。这一成果近期发表在Advanced Materials 上，文章通讯作者为清华大学化学系段炼教授，第一作者为张东东助理研究员。清华大学化学系为第一单位，合作单位包括清华大学柔性电子技术研究中心及英国剑桥大学卡文迪许实验室（Dan Credgington课题组）。

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Efficient and Stable Deep‐Blue Fluorescent Organic Light‐Emitting Diodes Employing a Sensitizer with Fast Triplet Upconversion

Dongdong Zhang, Xiaozeng Song, Alexander J. Gillett, Bluebell H. Drummond, Saul T. E. Jones, Guomeng Li, Hanqing He, Minghan Cai, Dan Credgington, Lian Duan*

Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.201908355

段炼教授简介

清华大学化学系教授，有机光电子与分子工程教育部重点实验室主任。1998年本科毕业于清华大学，2003年获得清华大学理学博士学位。长期从事有机光电材料与器件相关领域研究，在Nat. Commun., Adv. Mater., Light. Sci. Appl., Energy Environ. Sci.等刊物上发表了SCI论文200余篇，引用5000余次，获授权国际国内发明专利90余项，在SID、FPD China等国际国内学术会议上作大会报告和邀请报告50余次。2011年获得国家技术发明一等奖（排名第二）；2015年获国家自然科学基金委杰出青年基金资助。2015年至今担任科技部十三五“战略先进电子材料”重点专项专家。

https://www.x-mol.com/groups/duan_Lian

张东东博士简介

清华大学化学系助理研究员。2011年本科毕业于吉林大学，2016年获得清华大学理学博士学位。主要研究方向为有机光电材料的制备、性能与应用研究。共发表第一或通讯作者论文31篇（影响因子>8的21篇），包括Adv. Mater.（8篇）；Angew. Chem. Int. Ed.；Mater. Horizon.；Light-Sci. Appl.；Adv. Funct. Mater（2篇）；Chem. Sci.；J. Phy. Chem. Lett.等。论文他引1500余次，六篇入选 SCI 高被引论文。申请发明专利70余件，已获授权31件（含国际专利11件），并在2nd International TADF workshop等国际国内会议上作报告6次。2019年入选第五届（2019-2021年度）中国科协青年人才托举工程项目。

https://www.x-mol.com/university/faculty/73361

科研思路分析

Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？

A：高效、稳定的OLED蓝光材料与器件一直是该技术亟待解决的核心问题之一，然而目前进展缓慢，特别是对于深蓝光材料。本工作的提出是基于我们团队的前期工作基础。我们团队率先提出了热活化敏化荧光的新型发光机制，这一技术有望获得蓝光器件效率和稳定性的突破。实现该目标的关键在于具有快速RISC过程且稳定得TADF敏化剂。幸运的是，我们前期提出的氰基/咔唑衍生物材料已经实现了天蓝光的最优性能。因此，结合我们前期在热活化敏化荧光机制及稳定蓝光敏化剂的工作，提出了新的设计策略，开发了高性能蓝光材料，成功获得高效率、长寿命的深蓝光热活化敏化荧光器件。

Q：研究过程中遇到哪些挑战？

A：本项工作的挑战在于直接证据证明直线型给体-π-给体和受体-π-受体能够促进离域激发态的形成。我们和英国剑桥大学卡文迪许实验室的Dan Credgington课题组合作，通过瞬态吸收测试成功证明了材料设计的想法。这也为高效的多给体-多受体TADF材料设计提供了新的策略。

Q：该研究成果可能有哪些重要的应用？哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助？

A：我们课题组提出的热活化敏化荧光技术已经被认为是新一代发光技术，目前日本出光、 东丽、Kyulux以德国Cynora 公司等均针对该技术进行重点研究。我们课题组在热活化敏化发光器件技术以及稳定的蓝光TADF敏化剂等领域均积极进行了专利的申请，拥有相关的核心专利，和国内的相关企业进行合作，开发相关材料和器件技术。我们在深蓝光材料和器件方面的进展有望进一步推动该技术的产业化进程。