C-C鍵替代C-N鍵，BDE翻倍至188 kcalmol——MRCT-TADF發射體實現天藍OLED 42.5% EQE

1 背景與問題

藍光發射對於高質量白光光源和全彩顯示至關重要。然而，在有機發光二極管（OLED）領域，開發高效且穩定的藍光熱激活延遲熒光（TADF）發射體一直是一項重大挑戰。傳統的藍光TADF材料通常面臨效率滾降嚴重、器件壽命短以及外量子效率（EQE）受限等問題。這主要是因為大多數基於給體-受體（D-A）結構的TADF材料依賴於C-N鍵連接，其鍵解離能（BDE）較低，且往往無法實現理想的水平偶極取向，導緻光耦合效率低下。為了突破這些瓶頸，研究人員迫切需要精確的激子管理策略以及能夠驗證這些高性能材料特性的先進測試手段。

2 核心方案

發表於Nature Communications的研究提出了一種創新的分子設計策略，通過結合短程電荷轉移（SRCT）與長程電荷轉移（LRCT），構建了新型多共振電荷轉移型（MRCT）TADF發射體。研究團隊設計了兩種新型材料：DBACzPh和 DBADCzPh。

該方案的核心創新點在於：

(1) C-C鍵連接：與傳統的C-N鍵相比，使用C-C鍵連接哢唑給體和DBA（氧橋接三芳基硼）受體核，顯著提高了鍵解離能（C-C鍵BDE約為188.14 kcal/mol，遠高於C-N鍵的89.10 kcal/mol），從而增強了材料的穩定性；

(2) 水平取向優化：通過調節二面角和分子平面性，實現了接近100%的水平分子取向，極大地提升了光耦合效率（）；

(3) 激子動力學調控：引入額外的三重態局域激發（3LE）態，通過 3MRCT 3LE 1MRCT 通道加速反向系間竄越（RISC）過程。

為了驗證這些設計理念，研究采用了多種精密光電測試技術，包括紫外-可見吸收光譜、光緻發光（PL）光譜、時間分辨PL（TRPL）衰變測試、變溫瞬態PL測量以及角度依賴的電緻發光（EL）測量。

3 實驗結果與分析

通過系統的光電性能測試，研究團隊取得了突破性的實驗數據。以下是關鍵性能指標的對比分析：

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。

實驗結果表明，在高極性主體材料PPF中，DBADCzPh器件實現了創紀錄的42.5% EQE，這是由於該材料在薄膜中實現了近乎完美的（100%）水平分子取向。角度依賴的EL測量顯示，其發光分布接近理想的朗伯體分布（94%），證實了水平取向對提升光提取效率的關鍵作用。

此外，時間分辨PL（TRPL）測試揭示了詳細的激子動力學過程。在PPF主體中，DBADCzPh表現出強烈的TADF活性，延遲熒光壽命（）為微秒級，且光緻發光量子產率（PLQY）高達91%。這些微觀層面的動力學數據直接解釋了宏觀器件的高效率來源。

圖2.製備的OLED結構與性能。

(a–d)采用DBADCzPh:mCBP和DBADCzPh:PPF摻雜器件的器件結構，以及對應的能級對齊、厚度，並使用相應的EML基質和發射體化學結構。(e, g)DBADCzPh在mCBP和PPF基質中的發光量子效率（EQE）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：依賴角度的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，實驗與模擬的各角度依賴的PL強度變化。

4 產品介紹

NovaLum

電緻發光測量系統

NovaLum是一款電緻發光器件前向亮度、IVL、壽命與角度分布測量平台，用於測量OLED、QLED、PeLED及顯示器件的亮度、效率、光色和空間發光特性。系統兼顧低亮與高亮測試。適用於微小器件、多像素陣列、顯示材料、器件壽命和角度發光分析。微顯示、AR/VR、OLED、QLED和PeLED器件對高亮度、低亮度、角度分布、效率滾降和壽命提出更嚴格要求。NovaLum的前向亮度與角度測量適合分析真實觀察方向的出光性能，並支持微小器件和多像素陣列測試。

4.1 技術特點

(1) 支持IV、IVλ、IVL、IVLλ、器件壽命和自動角度分布測量，獲得效率、光色和空間發光分布；

(2) 亮度範圍覆蓋0.01-9,999,900 cd/m²，並通過自動積分時間兼顧低亮度測量速度與高亮度防過曝；

(3) 提供1/3°測量角及小至Ø4.5 mm測量區域，適配面光源、微小器件和多像素陣列；

(4) 波長準確度達到±0.2 nm，色坐標不確定度達到±0.0015級；

(5) 集成自動對焦、三軸位移、可視化觀察、多子器件切換及惰性氣氛轉移測試；

(6) 前向亮度、光譜、IVL、壽命和角度分布可在同一器件位置測量，便於分析出光方向與效率變化。

4.2 產品優勢

(1) 準確前向亮度與寬動態範圍解決分光輻射計低亮慢、高亮過曝以及積分球前向亮度不足的問題；

(2) 角度分布、壽命與IVLλ功能模塊，毫秒級快速采集，測試功能全面、高效；

(3) 自動對焦、位移和器件切換提高微小器件、多像素和易老化樣品的測試效率；

(4) 前向亮度、角度分布和寬動態測量更貼近顯示器件的實際觀察條件，適合微顯示與高亮度器件研究。

綜上所述，C-C鍵連接的MRCT-TADF發射體DBADCzPh將BDE提升至188.14 kcal/mol，結合PPF主體實現42.5%的峰值EQE。東譜科技NovaLum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，色坐標不確定度±0.0015級。HiLight光譜儀可同步實現光緻與電緻發光材料的穩瞬態測試（305fs–1200s，200-5500nm），為TADF材料提供精準TRPL表征。東譜科技為高效發光研究提供全面性能分析方案。

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