超高清显示器发展极为迅速，不仅在分辨率为7680×4320 dpi的8K电视上有着重要的应用，还在远程医疗和显微摄影等领域有广泛的应用。超高清显示要求极高的颜色饱和度，尤其是对于红色，其色坐标需要达到rec.2020色域标准的(0.71，0.29)。这就需要同时降低不饱和的黄光（<620 nm）和不可见的近红外（>780 nm）组分。热活化延迟荧光（Thermally activated delayed fluorescence, TADF）发射体由于其电荷转移（charge transfer，CT）激发态，通常具有较宽的发射峰，半峰宽>100 nm。因此，如何同时实现高的发光效率和高色纯度是发展深红光TADF材料所面临的严峻挑战。
黑龙江大学许辉课题组提出通过优化分子内和分子间CT作用，同时依赖提高水平极化子比例来提高超高清深红光OLED的外量子效率(External quantum efficiency, EQE)。他们报道了一种深红色TADF发射体pCNQ-TPA，结构中包含一个5,8-二氰基喹啉（pCNQ）受体和两个邻位取代的三苯胺（TPA）给体。5,8-位置取代的氰基宽化了pCNQ受体的共轭面，其面积与四面体的TPA基团相当，从而使得分子间的相互作用可以被精确地调节。TPA和pCNQ之间的二面角受到分子内氢键的限制，导致其分子宽度和长度分别是高度的3倍和4倍，使得分子具有合适的平面性结构。由于首尾交替的堆积模式和给受体间的相互作用，pCNQ-TPA分子形成了两种二聚体单元：一种是由相邻的三苯胺与喹喔啉之间的C-H…N分子间氢键形成的；另一种是基于分子边缘到质心的π-π堆积，以及弱的TPA与氰基间氢键造成的。因此，通过相邻分子的给受体相互作用来促进分子间CT通道，具有准平面构型的pCNQ-TPA分子将有利于提高水平发射偶极子取向比，却可以有效避免过强的分子间π-π堆积和聚集。
通过调节发射体pCNQ-TPA在CBP主体中的掺杂浓度，分子内和分子间的电荷转移得以平衡，同时提高了发光颜色饱和度和TADF辐射效率，并改善了聚集诱导猝灭。在50%的掺杂浓度时，pCNQ-TPA获得了高达90%的PLQY，最大发射波长位于691 nm。准平面的结构进一步赋予了pCNQ-TPA发射体更高的水平极化子比例，光输出耦合比率提高到0.34。因此，基于50%pCNQ-TPA掺杂的OLED显示出CIE色坐标为（0.69，0.31）的深红光发射，实现了高达30.3%EQE，并且在1000 cd m-2下，EQE仍然高达19.5%。这是迄今为止在深红TADF-OLED中报道的最高值，也是可用于Rec.2020色域的超高清显示的最优红色TADF器件性能。本工作不仅推动了基于TADF的超高清显示应用，还为有机给受体固态的CT态提供了新的见解和理论。
图1. 接近Rec.2020色域的高效红光客体pCNQ-TPA的分子结构和性能。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是黑龙江大学硕士研究生李哲，华南理工大学杨德志博士为共同一作，通讯作者为黑龙江大学许辉教授、韩春苗教授和华南理工大学马东阁教授。
Optimizing Charge Transfer and Out-Coupling of A Quasi-Planar Deep-Red TADF Emitter: towards Rec.2020 Gamut and External Quantum Efficiency beyond 30%
Zhe Li, Dezhi Yang, Chunmiao Han*, Bingjie Zhao, Huiqin Wang, Yi Man, Peng Ma, Peng Chang, Dongge Ma*, Hui Xu*
Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202103070
韩春苗，黑龙江大学教授。2016年复旦大学取得博士学位，2016年3月起就职于黑龙江大学。
研究领域是有机光电功能材料的制备、性能与应用研究。在相关领域发表SCI论文60余篇，包括以通讯或第一作者在Chem、Sci. Adv.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等顶级刊物上发表的工作。获授权发明专利18项。曾入选首批中国博士后创新人才支持计划、黑龙江省青年团队支持计划（带头人）；获得黑龙江省科学技术一等奖、黑龙江省青年科技奖和黑龙江省青年五四奖章等。
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