DAD型MRCT發射體+極性主體PPF，天藍OLED實現42.5% EQE

1 背景與問題

有機發光二極管（OLED）憑借其在能效、柔性及色彩表現上的優勢，已成為下一代顯示與固態照明的核心技術。然而，在OLED的效率提升之路上，藍光發射材料的開發始終是一大瓶頸。傳統的熒光OLED受限於自旋統計，內量子效率（IQE）僅為25%；雖然磷光OLED通過重金屬效應實現了100%的IQE，但藍光磷光材料成本高昂且穩定性較差。

作為第三代OLED材料，熱激活延遲熒光（TADF）材料通過反向系間竄越（RISC）過程利用三重態激子，理論上可實現100%的IQE。盡管如此，開發高效的天藍光TADF發射體仍面臨巨大挑戰。大多數藍光TADF發射體由於C-N鍵的鍵解離能（BDE）較低，導緻器件迅速降解；同時，其長壽命（μs至ms範圍）的三重激子容易引起效率滾降。此外，如何通過分子設計提高光取出效率（η_out），特別是實現水平偶極取向，是突破器件外量子效率（EQE）上限的關鍵。

為了解決上述問題，研究人員不僅需要精細的化學結構設計，更需要一套能夠精確測量EQE、光譜特性及器件老化行為的綜合測試系統，以驗證材料設計的有效性。

2 核心方案

在發表於Nature Communications的研究中，九州大學Adachi團隊提出了一種創新的多重共振電荷轉移（MRCT）型TADF分子設計策略。該研究通過將短程電荷轉移（SRCT）與長程電荷轉移（LRCT）相結合，構建了基於C-C鍵連接的新型發射體DBACzPh和DBADCzPh。

2.1 C-C鍵連接增強穩定性
傳統的D-A型TADF材料多采用C-N鍵連接，其鍵解離能較低。本研究采用C-C鍵連接哢唑（Cz）給體和二苯並硼（DBA）受體，計算顯示C-C鍵的BDE高達188.14 kcal/mol，遠高於C-N鍵的89.10 kcal/mol。這種設計顯著提高了分子的熱穩定性和器件壽命。

2.2 水平偶極取向提升光取出效率
通過調節給體和受體的二面角，分子實現了近乎平面的幾何構型。單晶X射線衍射分析表明，DBADCzPh在薄膜中傾向於形成J型聚集體，這種特殊的堆積模式誘導了100%的水平分子取向。這一特性極大地提升了光取出效率，是突破EQE瓶頸的關鍵。

2.3 激子管理優化
研究引入了額外的哢唑單元，通過³MRCT→³LE→¹MRCT的通道加速了RISC過程。在高極性的主體材料PPF中，有效的Förster能量轉移和三重態限製進一步增強了TADF特性。

圖1.提出材料設計的亮點、光子和電子性能。(a)聚焦於提高量子效率（EQE）的設計概念，TADF機製示意圖。(b)設計的C-C連接DA與DAD型MRCT化學結構，以及DBACzPh和DBADCzPh的光物理性能及器件性能列表。(c)製備的OLED器件結構。(d)EQE與亮度曲線（插圖）展示了EML中受體與發射體的取向關系。

3 實驗結果與分析

研究團隊製備了基於DBACzPh和DBADCzPh的多層OLED器件，並使用mCBP（低極性）和PPF（高極性）兩種主體材料進行摻雜，系統評估了器件性能。測試結果表明，分子取向和主體極性對器件效率有決定性影響。

4 結果分析：

(1) 效率突破：采用DBADCzPh作為發射體、PPF作為主體材料的器件表現最為優異，實現了42.5% 的峰值EQE，這是天藍光OLED領域的極高水準。這一成績歸功於DBADCzPh在高極性PPF主體中實現了完美的水平取向（接近100%），極大地提升了光取出效率；

(2) 光譜特性：器件發射峰位於477 nm，CIE坐標為(0.16, 0.30)，呈現純正的天藍色；

(3) 瞬態特性：時間分辨光緻發光（TRPL）測試顯示，DBADCzPh在PPF薄膜中表現出強烈的TADF活性，延遲熒光壽命（）為17.9 μs，證明了高效的三重態 harvesting 機製；

(4) 角度依賴性：角度依賴的EL測量結果顯示，DBADCzPh:PPF器件具有94%的朗伯分布，進一步證實了其優異的水平取向特性。

圖2.製備的OLED結構與性能。(a–d)DBADCzPh:mCBP/DBADCzPh:PPF摻雜器件的器件結構，以及其對應的能級對齊、厚度和所用EML基質及發射體化學結構。(e, g)DBADCzPh在mCBP和PPF基質中的EQE（發光效率）特性。(f, h)DBADCzPh在mCBP和PPF基質中電流密度-發光-施加電壓（J-V-L）特性。(i, k)DBADCzPh在mCBP和PPF基質器件中的EL光譜（插圖：角依賴性EL強度，以極坐標形式展示穩態發光強度隨觀察角度的變化。黑色實線和紅色虛線分別表示理想蘭伯特分布（100%）和實際獲得的蘭伯特分布（88%）發射體的發光強度）。(j, l)DBADCzPh摻雜於mCBP和PPF基質中時，實驗與模擬的角依賴性PL強度隨不同角度變化的情況。

5 產品介紹

HiYield-EL

電緻發光量子效率測量系統

HiYield-EL是一款電緻發光器件絕對外量子效率與全參數測量平台，用於同步測量OLED、QLED、PeLED等器件的電學、光譜、光度和色度性能。系統主要用於建立可複現的器件效率與老化測量流程。適用於器件結構優化、效率損耗分析、壽命測試和研發質量控製。OLED、QLED、PeLED和近紅外LED研發關注絕對EQE、效率滾降、亮度、色坐標、光譜漂移與壽命。HiYield-EL同步記錄電學、輻射度學、光度學和色度學參數，適合比較材料、器件結構、驅動條件及老化前後的綜合性能。

5.1 技術特點

(1) 采用絕對法測量外量子效率，並同步獲得電流效率、功率效率、電學、輻射度學、光度學和色度學參數；

(2) 光譜範圍覆蓋300-1050 /300-1700nm，單次采集動態範圍達到85,000:1，適配可見和近紅外發光器件；

(3) 支持電壓/電流掃描、恒壓/恒流單點及穩定性測量，可持續追蹤不同老化時間下的全參數變化；

(4) 波長準確度達到±0.2 nm，色坐標不確定度達到±0.0015級，低電流測量進入10 nA級，並支持可溯源的絕對光譜校準；

(5) 穩定性測量過程中可持續追蹤EQE、光譜、亮度、色坐標和電學參數，區分亮度衰減與光色漂移。

5.2 產品優勢

(1) 絕對EQE與電學、光譜、色度參數同步測量，測試數據全面；

(2) 老化過程仍可追蹤完整效率與光色參數，優於隻記錄電流、電壓和相對亮度的常規壽命系統；

(3) 豐富掃描模式和定製夾具適配多類器件結構，使用便捷、測量效率高。

綜上所述，DBADCzPh:PPF體系通過C-C鍵工程與分子取向優化，實現了42.5%的峰值EQE，其驗證離不開對電緻發光效率與角度分布的綜合表征。東譜科技HiYield-EL電緻發光測量系統集成IVL、壽命與角度分布測量，亮度範圍0.01–9,999,900 cd/m²，波長準確度達±0.2 nm。HiLight時間分辨光譜儀支持305fs–1200s的穩瞬態熒光/磷光測試，可精準表征TADF材料的延遲熒光壽命。東譜科技緻力於以專業的光電譜學方案助力高效發光器件研發。

原文參考：Horizontally oriented MRCT-type TADF emitter achieving EQE over 40% for SkyBlue OLED