
具有圆偏振发光(CPL)特性的有机电致发光器件(CP-OLED),其核心价值在于解决3D显示技术的核心瓶颈——传统3D显示器依赖线偏振光分像技术,需通过外部偏光片分离左右眼图像,导致超过50%的光损失和亮度衰减。而CPL产生的左旋/右旋圆偏振光可直接被对应偏振眼镜接收,实现无串扰的立体成像。这种基于自发光偏振特性的技术,不仅能消除传统3D显示的光效浪费,还能显著提升裸眼3D、虚拟现实等应用的视觉舒适度和色彩保真度,因此成为下一代显示技术的战略发展方向。
作为发光核心的圆偏振热激活延迟荧光(CP-TADF)材料,相比传统手性荧光材料和贵金属基磷光材料,既能高效利用单重态与三重态激子,又可显著降低材料成本。然而当前主流的手性微扰和固有手性策略存在显著局限:柔性给-受体结构导致发射谱带过宽(通常>70nm),且普遍缺乏有效设计原则,导致手性光学响应较弱。

近日,季华实验室王悦、晏志平团队提出一种“手性空间共轭”分子设计策略,成功制备出兼具窄谱发射、强圆偏振响应和高效率的绿光多重共振(MR-TADF)材料。研究团队以具有平面手性的[2.2]对环芳烷(PCP)为核心构建单元,通过精密分子工程在PCP核两侧对称连接B-π-B和O-π-O共振片段,构建了具有C2对称性的R(S)-PCP-DBNO分子。基于研究团队前期提出的“对称性匹配规则”调控机制(Adv. Mater. 2022, 34, 2204253),该设计优化了电/磁跃迁偶极矩的相对强度和空间取向,使分子片段跃迁磁偶极矩基本平行于C2对称轴,实现迭加增强的效果,相应的跃迁磁偶极矩强度最大可提升至1.74 au,理论不对称因子(g)达到0.06。与此同时,“手性空间共轭”效应有效降低了材料激发态能级,也为MR-TADF材料的光色调节开辟了新路径。

实验验证显示,在甲苯溶液中,增强的磁跃迁偶极矩使原本禁阻的S0→S2跃迁转为部分允许,实现一种磁跃迁偶极矩辅助的能级跃迁。归因于增强的磁跃迁偶极矩,手性单体在393和439 nm处表现出较大的吸收不对称因子(gabs),分别为0.021和0.015,显著超越多数手性有机小分子。独特的空间共轭结构同时赋予材料纯绿光发射特性,最大发射峰为526 nm,半峰宽仅为26 nm,量子产率在0.9以上,CIE坐标为(0.26, 0.70)。

基于R(S)-PCP-DBNO构建的敏化CP-OLED器件实现535nm的最大发射峰和31nm的半峰宽,CIE坐标为(0.30,0.67)。值得注意的是,敏化剂与客体的协同作用使电致发光器件突破241kcd/m2的超高亮度和29.4%的外量子效率,并且在20,000cd/m2高亮度下仍保持在20.3%。此外,“手性空间共轭”结构赋予器件稳定的圆偏振电致发光特性,电致发光不对称因子∣gEL∣在不同亮度下都能维持在10−3量级。

该研究证实了手性空间共轭(CSC)策略在调控MR-TADF材料激发态特性方面的有效性,成功实现强手性响应与光谱红移的双重突破,为手性光电器件提供了关键材料设计方案。该工作以“Symmetric Multi-resonant TADF Emitters via Chiral Space Conjugation towards Strong Chiroptical Responses and Narrowband Green Circularly Polarized Electroluminescence”为题发表在材料科学期刊Adv. Mater. (DOI: 10.1002/adma.202511230,IF = 26.8)上,晏志平副研究员为论文第一作者,毕海研究员和王志恒副研究员为论文通讯作者。
