九州大学开发出第三种OLED发光材料|UIVCHEM
2017-03-30
九州大学“最先端有机光电子研究中心”(OPERA)开发出了虽为萤光材料但发光效率在90%以上的发光材料“Hyperfluorescence”。此前发光效率为25%以上的OLED材料只有采用稀有金属的磷光材料，而新材料不使用稀有金属。
尤其是绿色发光OLED材料，光激发的发光量子效率为94±2%。利用该材料制作的有机EL元件的发光效率(外部量子效率)为19%，均实现了与磷光材料相当的高发光效率。
尤其是绿色发光OLED材料，光激发的发光量子效率为94±2%。利用该材料制作的有机EL元件的发光效率(外部量子效率)为19%，均实现了与磷光材料相当的高发光效率。
受热改变自旋状态
有机OLED发光材料根据发光原理的不同大致可分为萤光材料和磷光OLED材料。萤光材料只在电子和空穴经由“激发一重态(S1)”的自旋状态时才发光。而磷光材料除S1外，经由“激发三重态(T1)”的自旋状态时也能发光。因此，萤光材料的发光效率最大为25%，磷光材料为100%。
而新OLED材料仅经由S1时发光。这一点与以往的萤光材料相同，但光激发时的发光效率却与磷光材料一样高。据OPERA中心长、九州大学教授安达千波矢的研究室介绍，这是因为新材料中产生了“热活性型延迟萤光(TADF)”现象。这个现象是指TADF变成T1的激子受热变成S1的现象。所以S1发光的发光效率就有望与磷光材料相当。
而新OLED材料仅经由S1时发光。这一点与以往的萤光材料相同，但光激发时的发光效率却与磷光材料一样高。据OPERA中心长、九州大学教授安达千波矢的研究室介绍，这是因为新材料中产生了“热活性型延迟萤光(TADF)”现象。这个现象是指TADF变成T1的激子受热变成S1的现象。所以S1发光的发光效率就有望与磷光材料相当。
通过分子设计提高TADF的效率
据OPERA介绍，容易发生TADF的条件包括S1和T1的能量差ΔEST在0.1eV以下，以及分子形状不容易改变等。另外，要想降低ΔEST，只需尽量减少分子电子轨道中的最高占据轨道(HOMO)和最低未占轨道(LUMO)的重叠即可。影响TADF特性的ΔEST的大小可通过改变分子设计来控制。分子的HOMO和LUMO的重合越少，ΔEST越小。
此次，OPERA实际开发的有机EL发光材料是通过苯二腈和咔唑(Cz)基化合而成的“CDCB(carbazolyl dicyanobenzene)”化合物群。在该材料中，HOMO主要在Cz基侧，LUMO主要在苯二腈部分。所以降低ΔEST的条件凑齐。
新材料不但发光效率高，发光颜色的设计自由度也比较高。以苯二腈为基础，通过选择对其进行修饰的咔唑基的数量、结合位置以及咔唑基的修饰基，可以选择发光颜色。
还可控制发光颜色
还可控制发光颜色
在保持高效率的同时，可广泛选择发光颜色也是此次材料的一大特点。CDCB可以根据与苯二腈结合的Cz基的数量和位置决定发光颜色。
OPERA制作了具备天蓝色、绿色、黄绿色、黄色和橙色等发光色的多种CDCB。还制作了采用这些CDCB的有机EL面板。黄色发光OLED材料在光激发时的发光效率只有26±1%，但绿色和黄绿色发光OLED材料的发光效率为74～94%，天蓝色和橙色发光OLED材料约为47%。
OPERA的安达认为，“这样就无需磷光OLED材料了”。新材料的发现对有机EL材料的开发会产生巨大影响。
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