导读

白光有机发光二极管（WOLED）具有可柔性、低功耗和护眼等优点，被视为极具潜力的下一代照明光源。然而，由于缺乏能够高效利用三重态（T1）激子进行发光的长寿命蓝光发光材料和器件，极大地限制了WOLED的功率效率和器件寿命，是未来WOLED实现大规模商业化的瓶颈。近日，深圳大学团队通过引入稳定的蓝光多重共振热活化延迟荧光（MR-TADF）材料，成功实现了高功率效率和超长寿命的白光有机发光二极管，在下一代节能照明和显示技术领域具有应用前景。

研究背景

WOLED具有轻、柔、面发光和潜在的低成本等优点，吸引了学术界和工业界广泛关注和研究，已经在高端照明场所进行了小规模的商业化应用。目前采用可利用三线态激子发光的纯磷光OLED材料制备的WOLED器件功率效率已经突破100 lm/W。但由于蓝光的能量较高容易对磷光材料的化学键产生破坏，导致采用该类材料制备的磷光WOLED的器件稳定性较差。虽然采用传统荧光蓝光材料替代纯磷光WOLED器件中的蓝光磷光材料，通过合理设计器件结构可以解决WOLED器件稳定性的问题，但受限于传统荧光蓝光材料的激子利用率，器件的外量子效率和功率效率普遍较低。近年来新出现的蓝光MR-TADF拥有媲美金属配合物磷光材料的激子利用率，同时其刚性硼氮稠环的分子骨架具有潜在的高电学稳定性，为实现高功率效率和长寿命的WOLED器件提供了可能。

研究内容

针对如何实现高功率效率和长寿命的WOLED器件的迫切需求，作者设计了一种基于天蓝光MR-TADF分子的杂化WOLED。BCzBN由于具有大而刚性的π共轭核骨架，展现出较好的结构稳定性，被首选作为蓝光组分。此外，选用一个经典黄光磷光分子PO-01和一个具有对硼基π共轭骨架的红光MR-TADF分子DB3与BCzBN搭配，组成三色白光器件。主体选用的是双极性主体DMIC-TRZ，有利于实现平衡的载流子运输。值得注意的是，作者研究发现采用B-R-B三明治结构的三色器件，可以有效地将激子限制在发光层内，从而获得不同电压驱动下器件发光光谱稳定性。BCzBN单独掺杂在主体中形成蓝光层（EML-B）；PO-01作为磷光敏化剂部分敏化DB3，共同掺杂在主体中形成红光层（EML-R），从而使PO-01和DB3同时发光。这种结构设计不仅能提高器件的光谱稳定性，还通过调整蓝光与黄红光组分的比例，实现了白光光色的精准调控。器件设计策略如图1所示。

图1. 基于B-R-B三明治结构的WOLED器件结构设计策略。

经过精细的激子复合区调控，基于BCzBN的三色白光器件T1实现了32.3%的最大外量子效率（EQE_max）和89.1 lm W⁻¹的最大功率效率（PE_max）。且T1在不同亮度下表现出非常稳定的EL光谱和CIE坐标。在1000 cd m⁻²的亮度下，其CIE坐标为（0.33, 0.45），呈现出白光发射。进一步，作者选用相同光色但具有更高的量子产率、更短的延迟荧光寿命以及更快的反向系间窜越速率（k_RISC）的MR-TADF分子，即BCzBN-3B，作为蓝光客体替代BCzBN。基于BCzBN-3B的三色器件T2更是表现出更为优异的34.4%的EQE_max和101.8 lm W⁻¹的PE_max，且在1000 cd m⁻²亮度下仍保持着23.4%的EQE，基于蓝光MR-TADF发光材料BCzBN和BCzBN-3B的三色白光器件性能如图2所示。

图2. 基于蓝光MR-TADF发光材料BCzBN和BCzBN-3B的白光器件性能。

采用B-R-B器件策略开发了三色白光器件虽实现了高效率，但在高显色指数（CRI）和标准白光CIE坐标（0.33，0.33）方面仍有待进一步提高。为此，作者在主体SiTrzCz2中引入深蓝光MR-TADF分子BN3，与PO-01和DB3共同构建高CRI的白光器件。对应的器件G1实现了32.1%的EQEmax和74.5 lm W⁻¹的PE_max，CIE坐标为（0.38, 0.30），CRI为71。深蓝光谱补偿使色坐标更接近标准白光，但CRI仍有提升空间。进一步优化中，通过在BN3掺杂的EML-B1和EML-B2中添加0.5 wt%绿光MR-TADF掺杂剂2PTZBN，构建了四色白光器件G2。该器件CRI提升至88，CIE坐标为（0.37, 0.38），EQEmax为30.6%，PE_max达88.2 lm W⁻¹。与三色器件T2相比，G1和G2同时实现了高效率与高CRI，验证了B-R-B结构的通用性。基于深蓝光MR-TADF发光材料BN3的白光器件性能如图3所示。

图3. 基于深蓝光MR-TADF发光材料BN3的白光器件性能。

最后，作者对基于B-R-B发光层结构的混合白光OLED的工作寿命进行了系统评估。实验结果显示，在1000 cd m⁻²的初始亮度下，基于BCzBN器件L1的LT₉₀值达到了520小时，而基于BCzBN-3B的器件L2的LT₉₀值更是高达761小时，器件寿命如下图4所示。

图4. 器件L1和L2的发光光谱和器件寿命。

应用与展望

基于蓝光MR-TADF制备的杂化WOLED，其高功率效率、长寿命及光谱稳定性展现出在照明和显示技术领域广泛的应用前景。未来，通过进一步采用具有更高反向系间窜越系数的蓝光MR-TADF发光材料和优化器件结构，有望开发出更高性能和低成本的WOLED器件，为节能环保、高效舒适的照明和显示解决方案提供可能的途径。

该研究成果以"High-power-efficiency and ultra-long-lifetime white OLEDs empowered by robust blue multi-resonance TADF emitters"为题在线发表在国际光学顶级期刊《Light: Science & Applications》。（来源：LightScienceApplications微信公众号）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41377-025-01750-z