有機發光材料發展歷史
近年來為了提升OLEDs的元件效率與避免使用過渡金屬，例如：鉑(Pt)、銥(Ir)，於是日本九州大學Adachi教授提出了熱激活化延遲螢光的概念，其原理是縮小分子的單重態-三重態能隙(ΔEST)，使得三重態激子藉由環境熱能進行逆向系統間跨越(Reverse Intersystem Crossing; RISC)，將75%三重態激子成功轉化為單重態激子，進而提升螢光放光效率。圖一顯示了單重態最低能階、三重態最低能階、基態能階的簡易相對能階。由於單重態最低能階跟三重態最低能階之間的能隙(ΔEST)跟最高佔有軌域(HOMO)、最低未佔有軌域(LUMO)的電子交換能(J)成正比，而電子交換能又跟最高佔有軌域、最低未佔有軌域的重疊積分平方成正比，因此，一般有機分子π-π*躍遷的單重態最低能階大概會比三重態最低能階高出0.5~1.0 eV。
TADF材料的發展
2014年，對於TADF-OLEDs在高電流環境下效率飛快下降這個問題有了突破性的發現，藉由理論計算技術TDDFTB3LYP，設計出①三個單重態最低能階是電荷轉移能階，三重態最低能階是區域性激發態；②三個單重態最低能階是電荷轉移能階，三重態最低能階也是電荷轉移能階的兩種TADF分子，從暫態光譜(Transient Spectrum)得知，三重態最低能階是電荷轉移能階的分子，比起三重態最低能階是區域性激發態的分子，其螢光放光的生命期小了很多（大約1 μs），降低了分子放光在高驅動電流下飽和的機率，這樣的優點使得這一系列分子做成元件後都有比較優秀的表現，更大幅改善了效率下降的現象。其綠光與藍光元件都有不俗的表現，最大外部量子效率分別達到17.5%、19.5%，在照度強度1,000 cd/m2時，外部量子效率仍有15.5%以及16.0%（圖四）。
圖四、DMOC-DPS分子結構與元件表現
TADF材料其他運用
TADF材料除了當作發光層客體材料之外，目前也有一些文獻指出當作主體材料也是很好的選擇，例如韓國Jun-Yeob Lee教授利用CzAcSF當作主體材料，摻雜螢光客體材料TBPe（圖六），藍光與白光元件的外部量子效率可達到15.4%和14%，此舉是利用電子/電洞在發光層複合時，主體材料的三重態最低能階可回流到單重態最低能階，然後將100%能量傳遞給客體材料的單重態最低能階，這顯示出TADF材料未來具有潛力發展出高效率的主體材料。
另外TADF-OLEDs在元件壽命上，目前的表現還不如市場預期，為了提高元件的壽命，Adachi教授提出了將傳統螢光元件的發光層之間摻入TADF Assistant Dopants（ACRSA、ACRXTN、PXZ-TRZ、tri-PXZ-TRZ）（圖七），所得到的藍、綠、黃、紅光元件外部量子效率分別為13.4%、15.8%、18%、17.5%。元件壽命方面，比起純螢光與純TADF-OLEDs的元件壽命有明顯的提升。
圖七、Assistant Dopants放光機制
Exciplex OLEDs（類TADF-OLEDs）
其實具有TADF特性的OLEDs並非一定要開發特定材料才能實現，部分研究團隊利用三重態最低能階相近的兩種材料（一個利於電洞傳輸，另一個利於電子傳輸）混合成發光層，當OLEDs操作時會產生具有…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
作者：蔡維隆 / 工研院顯示中心
★本文節錄自「工業材料雜誌」365期，更多資料請見下方附檔。