OLED發光材料TADF進展

                                發布時間:2020-11-06發布部門:總裁辦公室

                                OLED因逐漸克服早期被詬病的材料壽命問題,才能成功進入商品化,然材料特性及成本仍有很大的改善空間,如藍光材料的效率、壽命仍需提升或需開發更低成本的新材料等,本文主要介紹近幾年OLED材料研發中較受關注的TADF(熱活化延遲熒光)材料的進展。

                                熱活化延遲熒光(Thermally Activated Delayed Fluorescence; TADF)材料的優勢為內部量子效率接近100%,遠高于第一代熒光材料的25%,又沒有第二代磷光材料需使用重金屬而有成本較高的問題,因此TADF材料被譽為OLED的第三代材料,其發展沿革可參考《工業材料》雜志378期〈熱活化延遲熒光材料之最新發展〉文章。TADF材料一般采用具有高扭曲角度的施體-受體結構來達到小的ΔEST,但也因此導致強ICT (Intramolecular Charge Transfer)特性,造成放光半波寬(FWHM)變寬。

                                為克服此問題,日本關西學院大學Takuji Hatakeyama教授團隊提出含B及N原子的DABNA藍光TADF材料,其ΔEST小、效率高,但無施體-受體結構,因此半波寬較小。此團隊後來提出改良版材料ν-DABNA,半波寬僅為14nm,分子結構主要由兩個硼、四個氮原子和兩個二苯氨基取代基連接的五個苯環組成,硼和氮原子的多重共振效應引起HOMO和LUMO在不同原子上的明顯定位,不僅使基態(S0)和單重激發態(S1)之間的振動耦合最小化,也使S1狀態和三重激發態(T1)之間的能隙達最小化。此材料的電激發光波長為469nm,半波寬為18nm,最大外部量子效率為34.4%,在1,000nits時的外部量子效率為26.0%。日本JNC公司于2019年8月發表與關西學院大學合作、成功開發出之色純度比QD、LED好的OLED顯示器用藍色發光材料,即是前述的ν-DABNA材料。

                                出光興產擁有相當多藍色OLED發光材料的國際專利,與東麗(Toray)在2017年9月簽署OLED材料技術合作,在2019年11月底發表利用TADF發光材料制作的第三代OLED樣品,采用出光的TADF材料結合東麗的紅光熒光Dopant材料,其紅光材料發光效率達46cd/A,而且半波寬比其他現有材料更窄、光色純度更高,相關成果發表于IDW 2019(如下圖),預計2022年可將此技術商品化。出光與東麗的下一個目標為研發TADF綠色OLED材料,另外,出光因中國大陸政策投資OLED面板廠,在中國建OLED材料生產廠,預定2020年完工并開始生產。

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                                出光與東麗發表的TADF結合熒光Dopant紅光OLED材料,應用于上發光元件的光電特性

                                總括來說,TADF材料雖然效率高且不需要用到重金屬,但缺點為半波寬太寬及壽命不好,將TADF與熒光Dopant材料結合(稱為超熒光材料)可同時達到高效率、窄半波寬需求,超熒光材料已成為TADF材料商品化較可行的材料組合,因此成為TADF材料研發的新方向。黃光、紅光、綠光商品化時間可望較早,TADF藍光及Hyperfluorescence藍光材料效能整理如表四,目前不是光色不夠藍就是壽命不夠好,具可商品目標仍有一段路要走。藍光OLED材料非常重要,不管是三星的QDOLED TV或是LGD的OLED TV都會用到藍光材料,這就不難想像三星及LGD為何都投資CYNORA及Kyulux這兩家公司了。

                                來源:材料世界網

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