有机发光二极管（OLED）的商业化应用需要高效稳定的蓝色光源。英国杜伦大学的研究团队使用一种“出人意料”的方法来提升OLED的蓝光发射性能，他们使用ACRSA这种长期被认为是低发射体的敏化剂分子实现了更亮、更高效的蓝色超荧光OLED。当ACRSA被用作超荧光OLED的敏化剂时，蓝光发光效率提升近2倍。相关研究成果发表于Nature Photonics。（www.doi.org/10.1038/s41566-024-01395-1）
荧光发射体和三重态融合发射体常用于商业化的蓝色OLED，虽然它们能够提供可观的器件寿命，但是与蓝色磷光和热激活延迟荧光（TADF）发射体相比效率较低。节能型OLED结构仅使用蓝色像素和外部荧光颜色转换层，可以减少30%电力消耗。蓝色超荧光OLED采用该结构能有效规避材料自身缺点，它将蓝色磷光或TADF材料作为单独终端发射体的敏化剂。然而，目前基于以上材料的超荧光OLED仍缺乏深度研究：要么实现的外部量子效率仍低于TADF材料，要么无法明确解释高量子效率的根本原因。在大部分报道中，研究人员都优先选择“最好的”TADF发射体，并且在预先优化的OLED堆栈中添加少量终端发射体，但这种方式可能会给最佳状态的TADF发射体增加额外损耗，最终导致OLED性能下降。
第一作者Kleitos Stavrou表示，“我们发现了一个盲点，即被传统思维忽视的材料，它在用作超荧光OLED的敏化剂时反而可能表现出高效率特性。” 在超荧光OLED中，能量仅从一个敏化剂分子转移到另一个终端发射分子。Förster共振能量转移(FRET)是影响超荧光OLED性能的关键因素，它描述了两个光敏分子之间传递能量的过程。该团队使用TADF敏化剂研究了蓝色超荧光OLED中的FRET机制。基于表现“平庸”的ACRSA材料，他们观察到敏化剂的分子结构会影响FRET的效率，并且进一步发现ACRSA这种TADF分子可以将FRET的效率提升至接近100%。图1展示了FRET的能级示意图。虽然敏化剂ACRSA的发射光谱和终端发射体v-DABNA的吸收光谱只有小部分重叠，但是由于降低了敏化剂的激发态能量，这并不影响实现高效累积的FRET。这种情况不仅限于ACRSA材料，只要敏化剂的激发态寿命足够长，单谱线激发态布居数就会主要位于S1的第零振动能级。同时，终端发射体的S0-S1能级跃迁有很高的振荡强度和窄带宽。因此，尽管终端发射体的吸收谱和敏化剂的发射谱只有小部分重叠，所有分子的能量也能完成传递，即实现最大的FRET效率。
图1 FRET的能级示意图，敏化剂：ACRSA，终端发射体：v-DABNA
螺旋连接的ACRSA等具有均匀电子发射能量的刚性TADF分子，能够允许薄膜中所有分子进行高效、完全的FRET。在长辐射寿命和低系统间跃迁率的敏化理想条件下，小范围光谱重叠也能够实现终端发射体的高效累积FRET。
该团队演示了使用ACRSA作为敏化剂的蓝色超荧光OLED，与非超荧光OLED相比其蓝光发光效率提升近2倍，外部量子效率达到30%。研究人员将该结果归因于ACRSA的刚性分子结构和实现长寿命激发态的能力。他们还演示了使用ACRSA这种绿色敏化剂并把其能量传递给蓝色终端发射体可以实现深蓝光发射。这些发现表明绿色敏化剂能够高效泵浦蓝色终端发射体，从而降低器件激发能量和提升蓝色OLED的稳定性。
杜伦大学物理学教授Andrew Monkman表示，“与器件直接发射蓝光相比，这种方式降低了激发能量，实现了更稳定、更持久的蓝色OLED。我们的发现揭示了超荧光OLED的未探索领域，这能够极大地扩展用于下一代显示的材料选择范围，并且节约高达30%的电力消耗。”该团队的方法可以作为实现稳定高效显示的设计范例，并且可能为高性能超荧光OLED敏化剂提供新的设计准则。该研究成功将表现“平庸”的TADF发射体转变为性能卓越的蓝色超荧光OLED，这将启发研究人员对许多TADF材料进行重新评估。（参考链接：https://www.photonics.com/Articles/Hyperfluorescent_Blue_OLEDs_Boost_Display/p5/a69755）
