包郁傑/工研院材化所
SPIE Optics+Photonics (Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers) 研討會為全球最大規模的光學相關應用研討會，每年在加州聖地牙哥會議中心舉辦。2017年的研討會主題分為：Nanoscience + Engineering、Organic Photonics + Electronics、Optics + Photonics For Sustainable Energy與Optical Engineering + Applications四大領域，筆者參加的有機發光二極體之會議則屬於Organic Photonics + Electronics。在五天的會議中包含了47場演講，以及有46篇海報論文參加的海報論文展。本計畫展示的海報論文題目為「High-Efficiency Orange-red Organic Electrophosphorescent Devices with Excellent Operational Stability」。
這次有機發光二極體會議 (Organic Light Emitting Materials and Devices XXI) 總共分成10個Session，包含47場演講。由於會議中嚴格禁止拍照，因此只能在演講中快速記下重點與文獻出處，並將其整合。以下為重要論文的內容與心得。
研討會重點論文介紹
TADF (Thermally Activated Delayed Fluorescence)
在OLED材料發展中目前最熱門的主題為TADF材料，此概念是由日本九州大學的安達千波矢 (Chihaya Adachi) 教授所提出，其發光機制如圖一所示。在磷光材料的放光機制中，當電子與電洞在EML結合時產生的激子 (Exciton) 有25%在單重激發態 (S1) 與75%在三重激發態 (T1)，透過引入過渡金屬可將單重激發態的激子透過系統間跨越 (Intersystem Crossing, RISC) 轉換至三重激發態，如此可以使內部量子效率 (Internal Quantum Efficiency, IQE) 達到100%，最後在三重激發態的電子放出磷光回到基態。而在TADF的發光機制中則是設計出單重激發態與三重激發態能量相近的材料，因此三重激發態的激子可透過逆系統間跨越 (Reverse Intersystem Crossing, RISC) 從三重激發態回到單重激發態，避免其因熱運動而散失能量，最後在單重激發態的電子放出螢光回到基態，理想的TADF材料則可以表現出100%的內部量子效率。此外，TADF材料全為有機分子，在不含過渡金屬的情況下，其成本將低於磷光材料。
圖一、磷光與TADF發光機制
The design and synthesis of n-Dopants and TADF materials for OLED applications.
Author(s): Seth R. Marder, Georgia Institute of Technology (United States)
Marder教授的演講主要談到近幾年來幾篇重要的TADF材料的文獻。首先為2012年Adachi教授發表在Journal of the America Chemical Society (JACS) 的藍光TADF材料2。材料結構由Sulfone為中心的電子受體 (Electron Acceptor) 而兩側分別修飾上Diphenylamine (1)、Bis(4-tert-butylphenyl)amine (2) 與3,6-di-tert-butylcarbazole (3) (如圖二所示)。
圖二、化合物1、2與3之分子結構
化合物1、2與3的單重激發態與三重激發態能階差 (ΔEST) 分別為0.54、0.45與0.32 eV。當單重激發態與三重激發態的能階差越小時，激子越容易透過逆系統間跨越，從三重激發態回到單重激發態，利於表現出較高的效率。以上三種材料製備成OLED元件後 (元件結構如圖三)，分別可表現出2.9%、5.6%與9.9%的外部量子效率 (External Quantum Efficiency, EQE)，但美中不足的是，三個元件皆有嚴重的Roll-off現象 (如圖四所示) ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
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