有机电致发光器件（OLED）作为新一代的显示技术，具有全彩显示、可柔性、宽视角、响应速度快、低驱动电压、制作过程简单等突出优点，可以完全满足市场和消费者的严苛要求。热活化延迟荧光（TADF）材料作为新一代OLED发光材料，具有高效率、纯有机、低成本（磷光材料的成本的1/10）的特点，发展TADF材料是我国显示产业高质量健康发展，跨越技术壁垒的重大契机。目前，TADF-OLED已经能够比肩基于磷光材料的OLED的电致发光性能，成为目前实现高效率低成本OLED技术应用的热门候选。
在TADF-OLED中，为了降低聚集导致的三线态激子淬灭，几乎所有的高效率器件均采用TADF发光客体与高三线态主体掺杂的方式制备。截止到目前为止，能够同时在掺杂和非掺杂OLED中获得高效率的蓝光TADF材料鲜有报道。而非掺杂器件可以拓宽激子复合区域，简化器件制备过程，提高器件寿命，并且可以简化白光器件的结构。因此，在非掺杂条件下实现高效率的蓝光TADF材料亟待探索。另一方面，光耦合输出效率（ηout）与外量子效率（EQE）息息相关。考虑到具有高水平偶极取向的分子可以提高ηout，因此通过分子结构设计提高水平偶极取向因子，是制备高效率TADF-OLED最有前途的方法之一。
有鉴于此，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室苏仕健教授团队设计了一种新型的三螺环式供体单元，并搭配经典的三嗪受体，成功制备了一种兼具高效率和多功能的蓝光TADF材料TspiroS-TRZ（图1a）。相比于非螺式和双螺式结构的吖啶受体单元，长棒状、强刚性、大立体空间位阻的三螺式单元可以形成更长的分子骨架，并形成一个双螺式的非共轭结构（图1b）。该非共轭基团可以增加发光核之间的距离，弱化分子间的相互作用，并显著减轻聚集荧光猝灭（ACQ），在掺杂和非掺杂薄膜中分别获得了高达84.1%和69.5%的绝对荧光量子产率（PLQY）。与双螺环吖啶基材料相比，以三螺环结构修饰的TspiroS-TRZ的分子长度大大增加，在30 wt.%的掺杂薄膜中获得了高达90%的水平偶极取向率（图1c）。以该材料为发光体制备的掺杂和非掺杂蓝光TADF-OLED分别获得了高达33.3%和20.0%的外量子效率。同时，以TspiroS-TRZ作为蓝光发光客体和辅助主体材料，搭配一种橙红光TADF材料2,6-bis(4-(diphenylamino)phenyl)anthracene-9,10-dione（DTPA-ADO），还获得了一种高效的纯有机白光OLED，并实现了高达22.8%的外量子效率。该工作提供了一种高效率且兼具多功能性的蓝光TADF材料设计思路。
图1. （a）TspiroS-TRZ的分子结构；（b）发光核（Luminophore）与空穴传输调节基团（HTAU）的结构；（c）p-偏振光致发光强度-角度依赖关系曲线图；（d）基于TspiroS-TRZ的OLED的外量子效率（EQE）-发光亮度曲线图。
这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上，文章的第一作者是华南理工大学李伟博士。相关工作得到了国家科技部、国家自然科学基金委员会、广东省科学技术厅以及博士后基金的资助。
Tri-Spiral Donor for High Efficiency and Versatile Blue Thermally Activated Delayed Fluorescence Materials
Wei Li, Binbin Li, Xinyi Cai, Lin Gan, Zhida Xu, Wenqi Li, Kunkun Liu, Dongcheng Chen, Shi-Jian Su*
Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 11301-11305. DOI: 10.1002/anie.201904272
https://www.x-mol.com/university/faculty/23512
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