近年来，随着超高清柔性显示设备的需求不断增加，对于窄光谱有机发光材料和其相关器件OLED的研究备受关注。然而，相比于蓝光和绿光窄光谱发光材料的发展来说，红光窄光谱发光材料在能隙定律和合成上的挑战下，发展速度较慢。
四川大学游劲松教授和宾正杨教授团队已经在前期工作中相继报道了高效率蓝光窄光谱发光材料（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202218405）和绿光窄光谱发光材料（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202210210），并成功制备出高性能的窄光谱蓝光和绿光OLED器件。近日，该团队基于氟硼荧（BODIPY）骨架，结合分子内氢键和甲基屏蔽策略，开发了一类新型窄光谱红色荧光材料。利用超敏荧光（TSF）技术，制备了高性能窄光谱纯红光OLED器件。
研究表明，在BODIPY骨架上引入吡唑（PZ）单元，在获得显著红移发射的同时，由于分子内氢键抑制PZ单元的旋转，从而获得了窄光谱红色荧光材料BF-PZ，其在甲苯溶液中发射波长为616 nm，发射半峰宽（FWHM）为25 nm，光致发光量子效率（ΦPL）为88.5%。在BODIPY骨架的meso-苯基（A环）引入两个甲基（MeBF-PZ），不仅抑制了A环的旋转以降低FWHM至21 nm，而且增加了A环与BODIPY母核间的二面角，以抑制BODIPY发光母核间的堆积，从而减小聚集淬灭发光，使ΦPL提高至96.2%。此外，在PZ单元的苯环（B环）上进一步引入甲基（MeBF-MePZ），可使ΦPL提高至99.0%。
超敏荧光（TSF）技术结合了热活化延迟荧光材料（TADF）高激子利用率和荧光材料高ΦPL的特点，被认为是突破荧光材料电致发光效率的关键技术。要获得高性能TSF-OLED，则要促进主客体间的Förster能量传递（FET）并抑制Dexter能量传递（DET）。通过系统性筛选了500-600 nm的TADF分子，最终选择了低LUMO能级的NAI-DMAC作为BF-PZ和MeBF-PZ的敏化剂，NAI-DPAC作为MeBF-MePZ的敏化剂，由于TADF敏化材料的发射光谱和发光材料的吸收光谱具有较大重叠，从而实现高效的FET过程。此外，为了进一步促进三线态激子的上转化过程，选用了TADF分子32aICTRZ作为主体材料，通过优化得到荧光发光材料：TADF敏化剂：TADF主体材料的最优掺杂比为0.5: 30: 100，其具有较快的FET过程（kFET~107 s-1）和相对较慢的DET过程（kDET~105 s-1）。
器件结果表明，基于三种材料的TSF-OLEDs均呈现窄光谱红光发射，其中使用MeBF-PZ材料的最大外量子效率（EQEmax）为18.3%，发射波长为623 nm，FWHM为30 nm，其CIE坐标为[0.67,0.33]，符合国际照明委员会（NTSC）纯红光的标准。使用MeBF-MePZ材料的EQEmax为21.1%，发射波长为604 nm，FWHM为30 nm。这项工作不仅突出了BODIPY衍生物在构筑窄光谱红光材料方面的重要性，同时也为进一步开发基于传统荧光材料的高性能窄光谱红光OLEDs提供了新的思路。
该研究以“Boron-Dipyrromethene-Based Fluorescent Emitters Enable High-Performance Narrowband Red Organic Light-Emitting Didoes”为题目发表在Angewandte Chemie International Edition上，四川大学为第一单位，化学学院宾正杨教授和游劲松教授为该论文通讯作者，硕士研究生刘佳慧为论文的第一作者。特别感谢国家自然科学基金委、四川省科技厅、四川大学的经费支持。同时感谢上海大学李浩源教授在量化计算方面给予的帮助。
文章链接: https://doi.org/10.1002/anie.202306471
