超纯绿色染料对于实现下一代超宽色域显示至关重要。然而，相比于其他光色，超纯绿光的构筑极其困难。这是因为人眼对绿色区域最为敏感，超纯绿光不仅需要严格定义的“峰值发射波长（520-525 nm）+半高宽（≤25 nm）”，而且光谱形状也要满足近似高斯分布。即使是目前广泛关注的多重共振（Multi-Resonance, MR）材料体系，仍缺乏有效的长波区域（波长>520 nm）的超高色纯度染料构筑策略。

近日，清华大学段炼教授、张东东助理研究员从Franck-Condon原理出发，即有机发光分子的光谱展宽主要是由于基态（S0）和激发态（S1）之间的振动耦合以及S1的结构弛豫导致，指出了窄谱带有机染料激发态调制的重点为同时抑制分子的结构变化和高频振动。因此，为了平衡增强电荷转移带来的结构变化加剧或增大共轭导致的高频振动成分增加，该课题组创造性地提出了多环芳烃稠合多重共振片段的通用超高色纯度染料构筑策略。一方面，传统荧光染料（多环芳烃）通常具有较为刚性的分子结构、良好的稳定性、尖锐的主发射峰以及全光谱发光特征，多环芳烃稠合MR片段，能够增大MR骨架的共轭程度，很容易获得长波长的窄谱带发射；另一方面，多环芳烃中的各主要振动模式的频率、对应的黄-里斯因子均能够显著降低，从而获得半峰宽更窄、肩峰更弱的高色纯度MR染料（图1）

图1. 多环芳烃稠合MR片段构筑超高色纯度染料的机制。

基于功能分解策略，即多环芳烃承担红移和窄光谱发射、MR片段承担肩峰的抑制，该课题组选取N-苯基-N分子结构的吲哚并咔唑（ICz）作为多重共振核心，利用其特殊的HOMO能级分布，成功实现了新型超高色纯度绿光MR染料的精准合成（BN-ICz-1和BN-ICz-2）。光物理测试表明，相比于ICz母核，甲苯稀溶液中目标化合物BN-ICz-1和BN-ICz-2在保持超窄半峰宽的同时（~22 nm），其肩峰均被显著抑制（相对强度小于0.1）。因此，BN-ICzs实现了接近BT2020的纯绿光发射，发光波长和CIE色坐标分别为521 nm和（0.16,0.77）。以其为染料制备的绿光TSF-OLEDs（热活化敏化器件）同样实现了色纯度的突破。其中，基于BN-ICz-1的电致发光波长、半峰宽和CIE色坐标分别为523 nm、23 nm和（0.21,0.74），代表着目前色纯度最高的绿光的底发光器件；此外，器件还具有高达30.5%的最大外量子效率（图2）

图2. BN-ICzs的光致（a）和电致（b）发光光谱。

为了验证超纯绿光染料在实际应用中的潜力，作者进一步制备了基于BN-ICz-1的顶发光器件（图3）。受益于微腔结构有效的振动抑制，器件的半峰宽缩减至19 nm，从而成功获得了接近BT2020的纯绿光发射（CIE：0.17,0.78）。更重要的是，上述器件实现了破纪录的电流效率，高达220 cd A-1，甚至优于已知的纯磷光器件，表明超高色纯度染料在构筑高能效顶发光器件的优势。

图3. BN-ICz-1的顶发光器件。

综上所述，该工作提出了一种超高色纯度有机染料的通用设计策略，从而推动MR器件的实际应用。这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是清华大学博士后张跃威和李国孟。

来源：X-MOL