과형광(hyperfluorescence)은 차세대 상업적으로 실현 가능한 청색 유기 발광 다이오드의 차세대 기술로서 큰 가능성을 보여주며, 말단 이미터의 트립렛 상태로의 Dexter 전이를 제거하는 것이 효율과 안정성에 핵심이다. 현재의 소자는 Dexter 전이를 억제하기 위해 높은 밴드갭(고갭) 매트릭스를 활용하는데, 이는 불행히도 제작 관점에서 지나치게 복잡한 소자로 이어진다. 여기서는 초박협대역 청색 이미터를 절연성 알킬렌(strap) 스트랩으로 공용결합(covalently) 방식으로 캡슐화하는 분자 설계를 제시한다. 캡슐화된 말단 이미터를 도핑한 순수한 열활성 지연형 형광(thermally activated delayed fluorescence) 호스트로 구성된 단순한 발광층을 갖는 유기 발광 다이오드는 비도핑 소자와 비교하여 외부 양자효율의 현저한 저하가 거의 나타나지 않으며, 최대 외부 양자효율 21.5%를 가능하게 한다. 고갭 매트릭스가 없음에도 높은 효율을 설명하기 위해 과도 흡수 분광(transient absorption spectroscopy)에 주목한다. 순수한 열활성 지연형 형광 감광제(센서타이저) 호스트로부터 캡슐화된 말단 이미터에 의한 Dexter 전이는 실질적으로 크게 감소할 수 있음이 직접 관찰되며, 이는 고효율 ‘매트릭스 프리(matrix-free)’ 청색 과형광으로의 문을 연다.

800 nm를 초과하는 효율적인 전기발광을 구현할 수 있는 순수 유기 발광체를 개발하는 것은 에너지-갭 법칙에 의해 지배되는 심각한 비복사 손실과 강한 여기자–진동자 결합으로 인해 여전히 핵심적인 도전 과제이다. 본 연구에서는 트리스(2,4,6-트리클로로페닐)메틸(TTM) 라디칼에 N,N-디페닐티오펜-2-아민(DPS)을 통합하여 분자적으로 설계된 발광 라디칼 TTM-DPS를 합성하였다. 이러한 도너–억셉터 배열은 결합 길이에 따른 장거리 전하-이동 결합을 향상시키는 한편, D 1 이중항 상태에서 비결합성 홀–전자 분포를 유지함으로써 일반적으로 비복사 감쇠를 유발하는 고주파 진동 모드를 효과적으로 억제한다. 그 결과, TTM-DPS는 895 nm에서 피크를 갖는 심(深) NIR 광발광을 나타내며, 융합 도너 유사체 TTM-2PTI(2PTI, 4-페닐-4H-티에노[3,2-b]인돌) 대비 양자수율이 4배 향상된 4%를 보인다. TTM-DPS를 OLED에 적용하면 883–908 nm에서의 심(深) NIR 발광이 가능해지며, 외부 양자효율 1.26%와 휘도(radiance) 25800 mW sr −1 m −2 를 달성하여, 이 스펙트럼 영역에서 작동하는 최우수의 금속 무함유 발광체들 중 하나로 평가된다. 본 연구는 라디칼 시스템에서 여기자–진동자 결합을 완화하기 위한 범용적인 도너 공학 전략을 제시하며, 차세대 고효율 심(深) NIR 광전자소자를 위한 유망한 경로를 제공한다.