熱活化延遲螢光材料之最新發展

 

刊登日期:2018/6/5
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OLED面板市場成長快速,預期2021年全球市場值可高達8百億美元。近年來OLED被廣泛地應用在顯示以及照明中,相較於第一代的螢光材料以及第二代的磷光材料,第三代熱活化延遲螢光(TADF)材料的發光效率表現較第一代材料高,且可與第二代材料相抗衡。同時熱活化延遲螢光材料不含價格高昂的銥或鉑等貴金屬,因此成本比第二代磷光材料低。除了上述優點外,其合成步驟較少、容易快速生產,未來若能順利量產且壽命表現驗證良好,將成為極有競爭力的OLED材料。

本文將從以下大綱,介紹目前第三代熱活化延遲螢光材料的發展近況。
‧OLED發光原理
‧熱活化延遲螢光材料之發展
‧熱活化延遲螢光材料之近況
‧商業化熱活化延遲螢光材料

【內文精選】
有機發光二極體(Organic Light-emitting Diode; OLED)在智慧型手機、平板、電視與照明中皆可看到其身影。其中OLED面板的市場近年來成長非常快,預期在2021年全球市場值可高達8百億美元(圖一)。


圖一、OLED面板之市場預測

在智慧型手機的應用市場上,2017年由蘋果的iPhone X領軍,提升了OLED在智慧型手機的應用比例,預期在2018年將從2017年的28%提升至33%。除此之外,近年來OLED電視也是相當競爭的領域,預估在2018年高階電視的市占率將成長到60%以上,出貨量也將由2017年的150萬台增加到2018年的240萬台。由此可見OLED廣泛地被應用在3C商品中,未來的普及率相信會越來越高,因此如何有效提升OLED的效率以及壽命為目前開發的主要重心。

熱活化延遲螢光材料之發展
早期發現熱活化延遲螢光(Thermally Activated Delayed Fluorescence; TADF)現象要追溯到1960年代,相關文獻報導過的材料包含有機材料、富勒烯(Fullerene)與有機金屬錯合物,如圖四所示。最早被報導的純有機TADF材料為伊紅(Eosin),此材料接著被稱為E-type延遲螢光材料。但由於伊紅的單重激發態與三重激發態能階差(ΔEST)較大(0.37 eV),使其無法有效展現TADF性質,再加上當時並沒有明確的分子設計方向去設計TADF材料,因此TADF的發展受到很大的限制。

圖四、著名的TADF材料
圖四、著名的TADF材料

直到2009年日本九州大學的安達千波矢(Chihaya Adachi)教授與其研究團隊發表了中心含有錫(Sn)的紫質(Porphyrin)錯合物,此錯合物具有TADF 性質並成功應用在OLED中。在2012年安達千波矢教授與其研究團隊發表了一系列以Carbazolyl Dicyanobenzene (CDCB)為主體的高效率TADF材料,其光色分布則從天空藍到橘光。其中綠光材料4CzIPN在OLED元件中可表現出19.3%的EQE,而橘光與天空藍元件則可分別表現出11.2%與8.0%的EQE。同樣在2012年,安達千波矢教授與其研究團隊利用電子予體(Donor)與電子受體(Acceptor)兩分子形成Exciplex可具有TADF之現象,將其製備成OLED元件後可表現出10.0%的EQE。

商業化熱活化延遲螢光材料
TADF材料除了在學術界是熱門的研究領域外,業界也致力將其商業化。在藍光、綠光與紅光材料中具有高效率與長壽命的藍光材料開發難度極高,這也是目前OLED材料開發的瓶頸之一。而TADF藍光材料目前為OLED藍光材料帶來一線曙光,未來若將高效率的TADF藍光材料商業化並應用到顯示器或智慧型手機中,將可降低其功率損耗,延長電池的壽命。德國的CYNORA公司在2017年的SPIE研討會中提到他們在TADF藍光材料上有所突破(圖十八)。該TADF藍光材料所表現的效率與壽命很接近市場需求的規格,目前正朝著量產此材料發展。除了TADF藍光材料外,CYNORA也預計在未來幾年推出...…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者:包郁傑/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」378期,更多資料請見下方附檔。


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