日本九州大學最先端有機光電子研究中心(OPERA)宣佈,開發出了雖為螢光材料但內部量子效率卻基本上達到100%的OLED新發光材料。以前內部量子效率高的材料僅限於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負責人、九州大學教授安達千波矢介紹說,“該材料不需要磷光材料”。詳細論文已發表在《Nature》上。
OLED發光材料根據發光原理的不同分為螢光材料和磷光材料。螢光材料只在激子(exciton)經由“一重態”的自旋狀態時才會再結合(發光)。而磷光材料除一重態外經由三重態的自旋狀態也會發光。由於一重態和三重態以1:3的比例發生,因此螢光材料的內部量子效率最大為25%,而磷光材料最大為100%。在螢光材料中,三重態激子的能量一般未用於發光,幾乎全部以熱量方式損失掉。
這一現象在OLED元件發光效率的不同上體現得非常明顯。因此,在OLED顯示器及OLED照明的開發中,使用磷光材料的比例在不斷增加。發光效率超過50lm/W的OLED元件除藍色發光材料外還可用磷光材料實現。但磷光材料還存在多項課題。比如:(1)磷光材料含有稀有金屬,材料昂貴;(2)美國環宇顯示技術(Universal Display,UDC)掌握著磷光材料的基本專利,使用時要與該公司談判;(3)藍光磷光材料其發光壽命短,幾乎沒有可實用的材料,等等。
近來業界卻發現了幾種雖為螢光材料但內部量子效率卻超過25%的材料。OPERA的安達研究室十分關注這一現象,將其發光原理之一稱為“熱活性型延遲螢光(TADF)”,對提高其發光效率的材料設計展開了研究。
TADF只在激子經由一重態時才發光,從這一意義來說它屬於螢光材料。但三重態激子受熱後會“激勵”成一重態。這樣便有望使全部的激子為發光做出貢獻。
此次安達研究室利用TADF的原理開發出了內部量子效率達到90%以上的材料。這是一種由5~9個苯環構成的低分子材料,不需要稀有金屬及稀土類元素。另外還試製了使用該材料的OLED元件及顯示器。據稱外部量子效率達到19%以上,獲得了與使用磷光材料的元件相匹敵的結果。目前效率最高的是綠色發光材料,但安達表示,“包括深藍色在內的幾乎所有顏色的發光,新材料都已經有了實現的眉目”。
*Ref from China-LED