JNC與關西大學開發用於超高純度OLED顯示用藍色發光材料

文 | 小C君 · 編譯 | Nina

來源 ：JNC官網

CINNO Research 產業資訊，關西學院大學的畠田琢次教授和JNC株式會社的子公司--JNC石油化學株式會社的合作研發小組成功開發了一款用於色純度超過量子點和LED的有機顯示屏的藍色發光材料。

需要開發出具有色純度和發光效率都極佳的OLED顯示屏發光材料；

靈活運用氮和硼的特性，成功研發出了色純度超過氮化鎵（Gallium）系列LED和鎘（Cadmium）系列量子點的有機系列藍色發光材料（ν-DABNA）。

有望實現有機EL顯示屏的高色域化、高輝度化、低功耗化、藍光的降低等。

有機EL（OLED）顯示屏作為代替液晶顯示屏的新型顯示技術，其實用化正逐步被推進。但是，有機發光材料具有發光的色純度低（發光光譜較寬）的缺點。如果色純度較低，應用於顯示屏時，就需要利用光學過濾器（Filter）從發光光譜（Spectre）中除去不必要的顏色，提高色純度，結果就會導致顯示屏的亮度、發光效率大幅度降低。另外，通過濾光片提高色純度仍是有限的，因此，存在難以提高顯示屏色域的問題，需要開發出一款色純度較高的發光材料。

畠田教授及其研發小組在發光分子的合適位置導入2個硼、4個氮，再加上共振效果的作用，成功控制了導致發光光譜較寬的原因－－即伸縮震動，並成功研發出了色純度超過氮化鎵（Gallium）系列LED和鎘（Cadmium）系列量子點的有機系列藍色發光材料（v- DABNA）。

研發小組在2016年成功研發了DABNA，也就是ν- DABNA的原型（Prototype），並成功應用於高端智能手機的有機EL顯示屏上。此次開發的ν- DABNA的色純度、發光功率都遠遠超過DABNA，有望實現有機EL顯示屏的高色域化、高輝度化、低功耗化、藍光的降低等。

此次研發成果於2019年7月15日（英國時間）公開於英國科學雜誌《Nature Photonics》的網上速報版。

研究背景及過程：

與液晶顯示屏相比，有機EL（OLED）顯示屏具有優秀的對比（Contrast）度、無視角限制、反應速度快等優勢，在智能手機、電視、工業顯示屏方面有廣泛的應用。作為用於有機EL顯示屏的發光材料，熒光材料、磷光材料、熱活性化延遲熒光（TADF）材料這3種材料可以作為有機系列發光材料來使用，然而都存在半峰全寬(Full Width at Half Maxima)較大、色純度較低的問題。

一般情況下，顯示屏的發光是通過混合光的三種原色紅、綠、藍來顯示各種各樣的顏色，如果其色純度較低的話，就有可能出現無法再現顏色的問題，顯示屏的畫質（顏色再現性）也會降低。市場上銷售的有機EL顯示屏一般是通過光學過濾器（Filter）把不需要的光從發光光譜中除去，提高色純度（也就是降低光譜的寬度）後再使用。此時，如果原始光譜的寬度較寬的話，被除去的光的比例也會增加，就會出現顯示屏亮度、發光效率大幅度降低的問題。而且，通過濾光片提高的色純度是有限的，因此也存在難以提高顯示屏色域的問題，所以亟待開發出一款色純度較高的發光材料。此外，在此背景下，作為代替有機EL的技術，採用了氮化鎵（Gallium）系列發光二極體（Diode）（LED）的micro-LED、採用了鎘（Cadmium）系列量子點的QD-OLED的研發正在如火如荼地進行著。

研究內容：

畠田教授及其研究小組開發了一款色純度極高的有機系列藍色發光材料（v-DABNA）（參考下圖 右）。迄今為止，作為有機EL的藍色發光材料，一直採用的是發光效率高的多環式芳香族碳氫化合物（Hydrocarbon）類的嵌二萘（Pyrene）、二萘嵌苯（Perylene）的誘導體，但是帶來了半峰全寬(Full Width at Half Maxima)為40nm左右的發光光譜的問題（參考下圖 左），其原因在於HOMO、LUMO分別主要存在於不同的碳原子之間，伴隨著發光，從激發單重態（Singlet）（S1）到基態(Ground State)（S0）遷移時（S1S0遷移，相當於從LUMO到HOMO的電子遷移）時，碳原子之間的電子密度變化極大。由於S1S0的遷移，碳原子之間的密度變大的話，碳原子之間的活動力也會發生變化，雖然也會伴隨著碳-碳結合的伸縮震動，根據其震動的能量（Energy）（1300-1700cm-1），發光光譜的寬度增加。另一方面，關於v-DABNA，由於硼和氮的的多重共振效果，HOMO和LUMO分別局部分布於不同的碳原子上，由於幾乎不存在因S1S0遷移而產生的碳原子之間的電子密度的變化，所以也沒有伸縮震動（參考右圖）。S1S0的遷移雖然會產生分子整體的扭曲（扭轉）震動，但由於其震動的能量（Energy）極其微小（~20cm-1），所以顯示了半峰全寬為14-18nm的極其窄的發光光譜。另外，v-DABNA具有優秀的TADF特點，在實用輝度（300cdm-2）方面，具有遠遠超過以往的藍色粒子的外部量子發光效率的30%。

今後方向：

此次研發的v-DABNA兼具超過氮化鎵系列LED和鎘（Cadmium）系列量子點的色純度、最高水準的功率，為此，有望實現有機EL顯示屏的高色域化、高輝度化、低功耗化、藍光的降低。此外，關於市場上銷售的顯示屏，如何提高藍色發光素子的性能是其「瓶頸（Bottle Neck）」。為此，通過合理優化素子構造、生產工藝，有望今後可以降低顯示屏的成本。通過此次研究確立的分子設計，今後也會開發出更多具有優秀特性的發光材料。

名詞術語解釋：

DABNA

「Ultrapure Blue Thermally Activated Delayed Fluorescence Molecules: Efficient HOMO–LUMO Separation by the Multiple Resonance Effect」（超高純度藍色活性化延遲熒光材料：通過多重共振效果有效分離HOMO-LUMO）Adv. Mater. 2016, 28, 2777. doi:10.1002/adma.201505491

熱活性化延遲熒光（TADF材料）

TADF材料是一種熒光材料，它可以有效地從三重態激發轉換為單重激發，理論上可以把所有的電轉換為光，而且，它還有一個優點，那就是不像磷光材料一樣採用銥（Iridium）、鉑（Platina）等稀有元素。TADF材料是由安達 千波教授（九州大學 最尖端有機光電研究中心）及其小組發現的，現在日本國內外研究人員正以安達教授為中心積極研究。

半峰全寬值(Full Width at Half Maxima)

也被稱為「半寬度、半峰寬」，是計算山形函數的寬度的標準。此處，指的是發光光譜中的發光強度的最大值的1/2值處的光譜的寬度（全寬）。市場上銷售的有機EL顯示屏的藍色光源採用的是半峰全寬值相對較窄的熒光材料。

HUMO

被電子佔據的某些分子軌道中能量（Energy）最高的軌道--最高被占軌道（Highest Occupied Molecular Orbital）的縮略語。比下文提到的LUMO的能量水平稍低。有機EL素子處於不穩定狀態（激發態），也就是電子從HOMO遷移到LUMO的狀態，電子從LUMO遷移到HOMO時（即安定的狀態），產生光。在激髮狀態，由於佔據分子軌道的電子成為一體，所以被稱為半占軌道（SOMO：Singly Occupied Molecular Orbital）。

LUMO

沒有被電子佔據軌道的某些分子軌道中的能量最低的的軌道--即最低空軌道（Lowest Unoccupied Molecular Orbital）的縮寫。在激髮狀態下，佔據分子軌道的電子成為一體，所以是半占軌道（SOMO）。

外部量子功率

在光電變換素子（有機EL、發光二極體--LED等）中使用的效率的指標之一。通過由外部注入的電子數量和向外部釋放的光量子數量在單位時間內的比來表示。在有機EL 中，由於素子的構成不同，數值會有所不同；一般，熒光素子為~10%，磷光素子和TADF素子為~30%。由外部注入的電子數量和素子內部發生的光量子數字的比被稱為「內部量子功率」，磷光素子和TDAF素子可以達到100%。由於不可能從面板（Panel）的前面提取所有的產生的光，所以顯示屏的外部量子功率遠遠低於內部量子功率。外部量子功率=內部量子功率*光的提取率。

- END -

更多商務合作，歡迎與小編聯絡！

掃碼請備註：姓名 公司 職位

我是CINNO最強小編, 恭候您多時啦！

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！