基于多彩复合材料的溶液处理有机发光二极管，通过相同的蓝色TADF受体进行调谐

《Dyes and Pigments》：Multicolor exciplex-based solution-processed organic light emitting diodes tuned by an identical blue TADF acceptor

新型蓝光TADF发光材料BO-QAD通过溶液法构筑多色OLED，实现455-718nm宽谱发射及CRI 76的白光器件。

　　近年来，有机发光二极管（OLED）技术因其在显示和照明领域的广泛应用而备受关注。其中，热激活延迟荧光（TADF）机制的引入为OLED的性能提升带来了新的机遇。TADF材料能够实现接近理论极限的内部量子效率（IQE），同时避免了传统磷光材料对重金属元素的依赖，这使其成为下一代OLED材料的重要研究方向。然而，尽管TADF单分子材料在性能上取得了显著进展，其设计和合成仍然面临诸多挑战，尤其是在实现高效且稳定的RISC（逆系间穿越）过程方面。

为了克服这一难题，研究者们开始探索另一种策略，即利用激发态复合物（exciplex）系统。exciplex系统由电子供体和电子受体分子组成，通过它们之间的电荷转移（CT）激发态形成稳定的发光复合物。相比单分子TADF材料，exciplex系统的优势在于其结构更为简单，可以通过简单的供体-受体组合实现高效的RISC过程，从而在不依赖复杂分子设计的情况下获得优异的发光性能。此外，exciplex系统还具备良好的溶液加工性能，这为柔性显示、大面积制造以及低成本生产提供了可能。

在这一背景下，本研究设计并合成了一个新型的蓝色TADF受体材料BO-QAD。该材料以2,12-二叔丁基-5,9-氧杂-13b-硼杂萘并[3,2,1-de]蒽（BO）作为供体部分，以喹啉并[3,2,1-de]吖啶-5,9-二酮（QAD）作为受体部分。通过引入双刚性平面结构和扭曲构型，BO-QAD分子的单重态与三重态能级之间的能量差（ΔE_ST）被显著缩小，从而促进了三重态激子的利用。这一特性对于实现高效的TADF发光至关重要。

在光物理性质方面，BO-QAD表现出优异的性能。其在甲苯溶液和薄膜中均能发出强烈的蓝色光，发射波长位于455 nm和465 nm之间，半高宽（FWHM）仅为27 nm，显示出极窄的光谱特性。这一特性不仅有助于提高OLED的发光效率，还能改善其颜色纯度和显示效果。进一步地，在mCP作为主体材料、BO-QAD以2.0 wt%浓度掺杂的混合薄膜中，BO-QAD的光致发光量子产率（Φ_PL）达到了84.2%，这一数值表明其具有出色的发光能力。

基于BO-QAD的TADF特性，本研究进一步构建了多种exciplex系统，并成功实现了从黄色到近红外（NIR）范围内的多种颜色OLED。具体而言，通过将BO-QAD与不同的电子供体材料（如DMAC-DPS、TCTA、TAPC和m-MTDATA）结合，分别获得了发射波长为559 nm、579 nm、600 nm和718 nm的yellow-green、yellow、orange-red和NIR exciplex OLEDs。其中，黄色的BO-QAD:TCTA exciplex OLED实现了高达2.54%的最高外部量子效率（EQE），这主要得益于其较高的光致发光量子产率。此外，NIR exciplex OLED的FWHM达到了188 nm，这一宽光谱特性使其在高色品质的白光OLED中表现出极大的应用潜力。

在白光OLED方面，本研究采用CBP作为主体材料，BO-QAD与m-MTDATA组成的exciplex作为发光客体，成功实现了具有标准白光特性的OLED。该白光OLED在CIE坐标（0.33, 0.34）下获得了76的色渲染指数（CRI），这一数值接近D65白光标准（0.31, 0.33），表明其在颜色还原方面具有良好的表现。为了进一步优化白光OLED的性能，研究者还通过改变不同的主体材料（如mCP、mCBP和26-DCzPPy）构建了三种近白色的OLED器件。这些实验结果表明，基于BO-QAD的exciplex系统不仅能够实现高效的NIR发光，还能够在白光OLED中展现出接近标准白光的光谱特性。

除了发光性能，BO-QAD在热稳定性和电化学性质方面也表现出良好的特性。热重分析（TGA）和差示扫描量热分析（DSC）结果表明，BO-QAD在高温下保持了较高的热稳定性，这对于OLED器件的长期运行和可靠性至关重要。此外，电化学测试显示BO-QAD具有良好的电荷传输能力，这有助于其在OLED器件中作为受体材料时，实现高效的电荷重组和能量转移。

本研究的创新之处在于，首次利用BO-QAD作为单一受体材料，成功构建了从黄色到近红外的多种颜色OLED器件，并实现了标准白光的发射。这一成果不仅拓展了exciplex系统的应用范围，还为未来OLED在显示和照明领域的进一步发展提供了新的思路。通过选择不同的供体材料，研究者能够灵活地调节OLED的发光颜色和效率，这对于实现全色系OLED显示具有重要意义。

值得注意的是，本研究中采用的exciplex系统具有良好的溶液加工性能，这使得其在大规模生产和柔性显示应用中具有显著优势。与传统的真空蒸镀工艺相比，溶液加工方法能够显著降低制造成本，并且更易于实现大面积和复杂形状的OLED器件。因此，基于BO-QAD的exciplex系统不仅在性能上表现出色，还具备良好的工程化前景。

此外，本研究还通过系统的实验验证了BO-QAD的TADF特性。量子计算和光物理实验结果表明，BO-QAD在激发态下能够有效地实现RISC过程，从而将三重态激子转化为单重态激子并发出光。这一过程的关键在于ΔE_ST的控制，而BO-QAD的分子设计通过引入双刚性平面结构和扭曲构型，有效降低了ΔE_ST，为高效的TADF发光提供了基础。

在实际应用中，BO-QAD的TADF特性使其在多种OLED器件中展现出广泛的应用潜力。例如，在白光OLED中，其高CRI值和接近标准白光的光谱特性使其成为实现高质量白光显示的理想材料。而在NIR OLED中，其宽FWHM特性有助于提高光谱的覆盖范围，从而提升显示的色域和色纯度。同时，BO-QAD的高EQE值也表明其在实际应用中能够实现较高的能量转换效率，这对于降低能耗和提高器件性能具有重要意义。

综上所述，本研究不仅成功合成了一个新型的蓝色TADF受体材料BO-QAD，还通过构建多种exciplex系统，实现了从黄色到近红外的多种颜色OLED，并成功开发了具有标准白光特性的OLED器件。这些成果为未来OLED在显示和照明领域的进一步发展提供了重要的理论基础和技术支持。特别是在实现高色品质白光OLED和NIR OLED方面，BO-QAD的性能表现令人印象深刻，显示出其在实际应用中的巨大潜力。同时，该材料的优异热稳定性和电化学性质也为其在OLED器件中的长期应用提供了保障。未来，随着对exciplex系统研究的深入，以及对TADF材料设计的不断优化，基于BO-QAD的OLED器件有望在更多领域中得到应用，推动OLED技术向更高效、更环保、更低成本的方向发展。