有机发光二极管（OLED）凭借其自发光与柔性特性，已成为显示领域的领先技术，并逐步拓展至照明和光通信等应用。然而，对实现广色域和低功耗显示至关重要的深蓝色发光材料，其发展明显滞后于红色和绿色材料。第一代荧光材料受限于25%的内量子效率上限；第二代磷光材料虽可利用三重态激子，但依赖成本较高的贵金属；目前第三代材料如热激活延迟荧光（TADF）虽能实现较高的外量子效率，但其深蓝光器件在高亮度下仍面临效率急剧滚降的挑战。在此背景下，具有杂化局域-电荷转移态（HLCT）的热激子材料提供了一种极具潜力的解决方案。该类材料通过弱耦合的给体-受体结构设计，在实现高效蓝光发射的同时，激活了“热激子”通道，促使高能三重态激子经由反向系间窜越（RISC）过程转化为单重态激子，理论上可实现100%的激子利用率。更重要的是，该机制不仅因最高占据分子轨道与最低未占分子轨道之间的空间重叠而保持较高的辐射速率，其反向系间窜越是速率非常快的放热过程，还能最大限度地提高其与正向系间窜越的比率，从而从根源上抑制效率滚降。尽管热激子材料的研究已取得广泛进展，目前仍缺乏系统性的分子设计策略，以有效整合关键构建单元，推动该领域的深入发展。
近日，华南理工大学王志明研究员与香港科技大学唐本忠教授、张翰博士合作，利用课题组之前提出的交叉长短轴分子设计策略（CLSA），引入一个sp3杂化碳桥，巧妙地构建了更加正交的给体-受体结构，从而形成独特的HLCT态，并成功合成出两个热激子深蓝光有机发光分子SIA-2TPA和SPPA-2TPA。
2025年10月9日，研究成果在线发表在Advance Functional Materials上，题目为“Efficient and Stable Deep-Blue OLEDs Employing Hot-Exciton Emitters with Rapid Exciton Dynamics: Achieving High EQEs Over 9% at 10 000 cd m−2 with CIEy <0.046”。华南理工大学博士研究生何俊伟和娄敬丽为论文的共同第一作者，香港科技大学博士后张翰和华南理工大学王志明研究员为论文的共同通讯作者，该工作还得到了唐本忠教授的指导。
实验结果表明，这两个分子展现出优异的综合性能。在光物理层面，它们在溶液态具有高达84%以上的光致发光量子产率，并表现出典型的HLCT特征。以此制备的OLED器件更是实现了突破性的电致发光性能，器件的最大外量子效率分别达到了11.0% 和 11.3%，且CIEy分别为（0.155，0.039）与（0.155，0.041）。尤为关键的是它们表现出的极低效率滚降，1,000 cd/m²下效率几乎没有降低，而且在高达10,000 cd/m²的超高亮度下，效率仍能分别保持在9.3% 和 9.1%，创造了在B.T 2020蓝光色域标准以下（CIEy ≤ 0.046）深蓝光OLED的性能纪录。
为了揭示高性能背后的物理机制，该作者通过理论计算进行了深入分析。发现sp³碳桥诱导的独特电子结构，使得分子内存在双通道的“热激子”路径。具体而言，高能级的三重态激子可以通过与单重态之间极小的能隙和强大的自旋轨道耦合，实现快速的反系间窜越，从而被有效地利用并用于发光。这种快速的激子动力学过程显著减少了在最低三重态上激子的积累，从根本上抑制了导致效率滚降的激子淬灭效应。
综上所述，该工作不仅验证了利用sp³碳桥构建CLSA结构热激子发光材料的可行性，更通过展示其在高亮度下近乎无滚降的卓越性能，为开发面向未来全彩显示和照明应用的高效率、高稳定性、高色纯度深蓝光OLED提供了一条全新的、极具前景的技术路线。
图1. CLSA设计策略示意图和SIA-2TPA、SPPA-2TPA的材料设计。
图2. SIA-2TPA和SPPA-2TPA的光物理性能。
图3. SIA-2TPA和SPPA-2TPA的能级图以及对应的自然跃迁轨道。
图4. SIA-2TPA和SPPA-2TPA的器件性能。
该工作是团队关于高效蓝光/近紫外/紫外光电致发光材料的开发与研究的最新进展之一。近年来，王志明研究员课题组基于多芳基修饰的菲并咪唑结构，发展了“交叉长短轴”与“热激子”机制相结合的分子设计理念和理论模型（J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 6359；Adv. Opt, Mater. 2020, 8, 1902195）, 并通过激发态性质和能级调控，使材料的发光效率和激子利用率综合最优（Adv. Funct. Mater., 2020, 30, 202002323；Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2212876）；后续研究中，以氰基咔唑作为交叉长短轴骨架的热激子材料所制备的紫外OLED实现了10.79%的外量子效率（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 22241）；该体系通过对结构细节的调整，实现了深蓝光高效率（Adv. Sci. 2024, 11, 2407254）和多功能主体材料（Small 2022, 18, 22040299）的应用；在此材料体系的基础上，提出了TTA辅助热激子敏化荧光（THSF）策略，不仅提高了器件效率而且延长了器件寿命（Adv. Mater. 2025, 37, 2419217）。以上研究成果体现出“交叉长短轴”型热激子材料在蓝光OLED领域中的潜在价值。
原文链接
https://doi.org/10.1002/adfm.202518344
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