有机发光二极管（OLED），具有自发光、超薄、柔性、低响应时间、低功耗等优点，是未来高清显示和暖光照明的主流方向。国际电信联盟无线电通信部门(ITU-R)颁布了面向新一代超高清UHD(Ultra-high definition)视频制作与显示系统的BT.2020标准。在OLED器件层面的BT.2020实现将有助于OLED在增强现实（AR）、虚拟现实（VR）等超高清显示设备的应用。在OLED材料中，多重共振型（Multiple Resonance，MR）荧光分子具有窄光谱、高辐射跃迁速率等优点，有潜力成为下一代全光色OLED材料主流分子结构。但目前针对高色纯度多重共振系列材料的研究主要拘泥于蓝光和绿光区域。近日，清华大学段炼、张东东团队成功合成了红光MR-TADF染料（BNNO），该材料在电致发光器件中首次实现了BT. 2020 红光标准光色（CIE(0.708, 0.292)），同时保持了超长寿命（LT95 @ 1000 cd/m2 > 10000 h）。该工作发表在Adv. Mater.上，文章共同通讯作者是段炼教授和张东东助理研究员，第一作者是清华大学博士生范天骄。

更红、更窄化的发射光谱

TD-DFT理论计算证明，和使用传统咔唑基团的分子（BNO）相比，由于引入了具有短距离电荷转移（SRCT）特性的N-π-N吲哚并咔唑基团，BNNO的发射光谱有红移趋势。除了具有红移的发射光谱以外，BNNO拥有更小的总重组能，以及更具有多重共振特征的电子云分布。在选定的代表性频率下，BNNO采用的吲哚并咔唑和BNO采用的咔唑相比基团振动幅度更小，拥有相似振动频率下更小的黄昆因子和该振动模式下更小的重组能。因此，BNNO具有更窄的理论模拟光谱。同时，实验溶液发射光谱测试也证明了BNNO在甲苯稀溶液状态下具有窄化的纯红光发光特征（637 nm, FWHM=0.097 eV）

图1. BNNO和BNO (a) HOMO/LUMO 分布, (b), (c) 重组能 (λ), (d) 模拟光谱, e) 不同频率下黄昆因子、重组能对比.

高效、稳定的器件

在以BNNO为染料制备的磷光敏化OLED实现了BT.2020 红光色纯度要求（波长~ 640 nm， CIE(0.708, 0.292)）。和仅使用磷光敏化剂的OLED器件相比，由于更窄的发射光谱、更快的辐射跃迁速率和更具高的水平取向，掺杂了1%BNNO的OLED器件不仅实现了最高达34.4%的外量子效率（EQE），而且其展现了1000 cd/m2和10,000 cd/m2的亮度下的分别高达31.4% 和24.6%的低效率滚降特征。此外，上述器件表现出高稳定性，5000 cd/m2的初始亮度下，LT95超过了605小时，折合1000 cd/m2的初始亮度下LT 95>10,000 h.

图2. (a)OLED器件能级图及所用材料，(b) 1000 cd/m2 亮度下电致光谱，(c) 器件CIE 坐标图，(d) 器件效率, (e) 薄膜中BNNO分子水平取向.

通讯作者简介：

段炼，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相关领域研究，在Nat. Commun., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Chem, Light. Sci. Appl., Energ. Environ. Sci.等刊物上发表了SCI论文200余篇，引用10000余次，获授权国际国内发明专利150余项。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；2020年获教育部长江学者特聘教授；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。

封面来源于图虫创意