导读

有机发光二极管（OLED）凭借其自发光、快速响应、高对比度等特性在众多显示技术中脱颖而出，已经实现大规模生产应用。关键有机发光材料的创新发展直接影响OLED战略产业升级，多重共振热活化延迟荧光（MR-TADF）材料凭借高色纯度与高激子利用率的优势，在广色域高清显示领域展现出巨大潜力。然而，在显示系统RGB三基色体系中，红光MR-TADF材料发展显著滞后于蓝、绿光材料，存在分子设计策略匮乏以及器件效率滚降严重等问题。近日，吉林大学王悦教授联合季华实验室毕海研究员、梁宝炎博士等创新性地提出硒原子嵌入多重共振骨架的红光分子设计策略，成功开发出高性能红光MR-TADF发光体，并构筑具有超低效率滚降的红光OLED。这一工作为解决红光MR-OLED长期存在的效率滚降难题提供了可行路径。相关研究成果以“Red OLED with efficiency of 25.6% at 10,000 cd m−2 based on selenium embedding multiple resonance framework” 为题目发表在《Light : Science & Applications》。

研究背景

多重共振热活化延迟荧光（MR-TADF）材料凭借高色纯度与高效率优异特性，在新型显示技术中备受关注。然而目前已报道的红光MR-TADF材料普遍存在本征反向系间窜越（RISC）速率偏低的问题。在高电流密度工作条件下，三重态激子容易在发光层快速积累，难以及时转化为单重态参与辐射跃迁，而更倾向于通过非辐射过程耗散能量，从而引发显著的效率滚降，成为红光MR-TADF器件在高亮度下效率保持的主要瓶颈。尽管采用敏化策略可以缓解上述问题。然而能够实现能级匹配并具备高效率的敏化剂主要为贵金属磷光配合物，这种对贵金属资源的依赖显著提高了材料成本，同时在资源可持续性与规模化制造方面带来问题。从分子本征层面提升红光MR-TADF材料的RISC速率，使其在非敏化器件结构中仍能维持高亮度下的器件效率，是推动MR-TADF走向低成本应用的关键。

研究亮点

针对红光MR-TADF体系高度依赖贵金属磷光敏化剂的核心瓶颈，本研究提出硒原子嵌入策略，显著提升红光材料本征RISC速率。通过简单路径合成多重共振分子骨架，而后在碘的催化下直接将具有给电子能力的硒原子嵌入分子骨架中，使其同时作用于中心骨架的两个最高占据轨道分布位点上。由此构筑的tFSeBN分子表现出显著的发射红移特征，本质来源于N-π-Se结构单元所增强的分子内电荷转移态与π共轭体系扩展所产生的协同作用(图1)。进一步分析重原子体系中分子构型与自旋轨道耦合（SOC）的内在关联，阐明硒原子相比硫原子在原子序数提升与构型扭曲调控方面的双重优势，为高性能MR-TAD材料的结构设计提供了思路与指引。

图1：(a) 分子tFSeBN的结构以及分子设计思路；(b) 与代表性的含硒MR-TADF材料对比电致发光现。

材料tFSeBN在甲苯溶液中发射峰位于607 nm，半峰宽为48 nm，光致发光量子产率高达98%，其RISC速率达到7.5×105 s-1，为母体分子的83倍。基于tFSeBN制备的非敏化OLED器件展现出优异的电致发光性能，器件最大外量子效率达34.7%，在1000 cd m-2亮度下仍可保持31.0%的外量子效率，即使在10000 cd m-2的高亮度下，外量子效率依然高达25.6%，效率滚降得到有效抑制（图2）。器件综合性能甚至可以与使用贵金属敏化剂的器件相媲美。

图2：母体分子tFBN、含硫对比分子tFSBN以及tFSeBN分子的非敏化器件结构及相应电致发光性能表现。

凭借快速RISC、高掺杂浓度适应性与良好的光谱匹配特性，tFSeBN还被成功用作超荧光OLED的敏化剂，这也是红光MR-TADF材料首次作为敏化剂应用于超荧光体系，通过高效福斯特能量转移将激子传递给发光体RBNO2，最终获得CIE坐标为(0.70, 0.30)的纯正红光OLED（接近BT.2020 标准），同时实现28.5%的最大外量子效率与显著抑制的效率滚降（图3）。说明tFSeBN可以成为红光区贵金属磷光敏化剂的替代选择。

图3：采用tFSeBN作为敏化剂的超荧光OLED器件结构及相应电致发光性能表现。

总结与展望

本研究通过硒原子嵌入多重共振骨架的结构设计，实现了单重态–三重态能级差缩小与自旋轨道耦合增强的协同调控，有效解决红光MR-TADF材料本征RISC速率慢、高器件亮度效率滚降严重的关键难题。该策略通用性强、拓展空间大，可通过分子骨架的进一步修饰，构建从红光到近红外的高性能发光材料体系。相关成果有望加速红光MR-TADF材料在超高清显示、柔性显示与新型照明等领域的产业化应用，推动有机电致发光技术向更高效率、更优色纯度与更低成本方向持续发展。（来源：LightScienceApplications微信公众号）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41377-026-02220-w