日本大學(xué)開發(fā)出內(nèi)部量子效率達(dá)100%OLED新材料

日本九州大學(xué)最先端有機(jī)光電子研究中心(OPERA)宣布，開發(fā)出了雖為熒光材料但內(nèi)部量子效率卻基本上達(dá)到100%的OLED新發(fā)光材料。以前內(nèi)部量子效率高的材料僅限于使用稀有金屬的磷光材料，而新材料不使用稀有金屬。OPERA將該材料命名為“Hyperfluorescence”。OPERA負(fù)責(zé)人、九州大學(xué)教授安達(dá)千波矢介紹說，“該材料不需要磷光材料”。詳細(xì)論文已發(fā)表在《Nature》上。

OLED發(fā)光材料根據(jù)發(fā)光原理的不同分為熒光材料和磷光材料。熒光材料只在激子(exciton)經(jīng)由“一重態(tài)”的自旋狀態(tài)時(shí)才會(huì)再結(jié)合(發(fā)光)。而磷光材料除一重態(tài)外經(jīng)由三重態(tài)的自旋狀態(tài)也會(huì)發(fā)光。由于一重態(tài)和三重態(tài)以1：3的比例發(fā)生，因此熒光材料的內(nèi)部量子效率最大為25%，而磷光材料最大為100%。在熒光材料中，三重態(tài)激子的能量一般未用于發(fā)光，幾乎全部以熱量方式損失掉。

這一現(xiàn)象在OLED元件發(fā)光效率的不同上體現(xiàn)得非常明顯。因此，在OLED顯示器及OLED照明的開發(fā)中，使用磷光材料的比例在不斷增加。發(fā)光效率超過50lm/W的OLED元件除藍(lán)色發(fā)光材料外還可用磷光材料實(shí)現(xiàn)。但磷光材料還存在多項(xiàng)課題。比如：(1)磷光材料含有稀有金屬，材料昂貴;(2)美國環(huán)宇顯示技術(shù)(Universal Display，UDC)掌握著磷光材料的基本專利，使用時(shí)要與該公司談判;(3)藍(lán)光磷光材料其發(fā)光壽命短，幾乎沒有可實(shí)用的材料，等等。

近來業(yè)界卻發(fā)現(xiàn)了幾種雖為熒光材料但內(nèi)部量子效率卻超過25%的材料。OPERA的安達(dá)研究室十分關(guān)注這一現(xiàn)象，將其發(fā)光原理之一稱為“熱活性型延遲熒光(TADF)”，對(duì)提高其發(fā)光效率的材料設(shè)計(jì)展開了研究。

TADF只在激子經(jīng)由一重態(tài)時(shí)才發(fā)光，從這一意義來說它屬于熒光材料。但三重態(tài)激子受熱后會(huì)“激勵(lì)”成一重態(tài)。這樣便有望使全部的激子為發(fā)光做出貢獻(xiàn)。

此次安達(dá)研究室利用TADF的原理開發(fā)出了內(nèi)部量子效率達(dá)到90%以上的材料。這是一種由5～9個(gè)苯環(huán)構(gòu)成的低分子材料，不需要稀有金屬及稀土類元素。另外還試制了使用該材料的OLED元件及顯示器。據(jù)稱外部量子效率達(dá)到19%以上，獲得了與使用磷光材料的元件相匹敵的結(jié)果。目前效率最高的是綠色發(fā)光材料，但安達(dá)表示，“包括深藍(lán)色在內(nèi)的幾乎所有顏色的發(fā)光，新材料都已經(jīng)有了實(shí)現(xiàn)的眉目”。