高效率长寿命OLED蓝光材料未来路在何方？

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OLED发光材料是OLED面板的核心组成部分，决定了OLED显示屏的性能表现。OLED面板的结构如下图所示，两层电极材料中间沉积终端材料，形成像三明治一样的夹心结构，放置于基板材料之上。当OLED接通电源之后，由阴极注入的电子和阳极注入的空穴将在发光层中结合，同时释放出能量，以光的形式呈现出来。发光层材料的成分不同，所发出光的颜色也就不同，因此通过选择不同的发光材料，可获得红、蓝、绿三原色，实现全彩显示。

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OLED 发光功能材料按照代际划分，可分为三代：以Alq3为代表的第一代荧光材料、第二代以铱（Ir）、铂（Pt）、铼（Re）为代表的磷光材料和第三代延迟荧光（TADF）材料。

在光的三原色(红色、绿色、蓝色)中，红色和绿色磷光材料已经在OLED显示屏上实现量产应用。但是蓝色磷光材料在色彩纯度和寿命等方面一直暴露了弱点，因此在商业化的OLED显示中，普遍使用的是蓝色荧光材料。市场上销售的OLED显示屏产品一般采用红色、绿色磷光材料和蓝色荧光材料。

蓝光是波长处于400nm-480nm之间具有相对较高能量的光线，OLED器件中的光能量一样。OLED领域里一般规则是光的能量越高，寿命越短。这意味着红色的寿命最长，绿色较短，蓝色则是最短的，该规则适用于荧光、磷光及TADF。例如，应用到OLED显示器中的绿色磷光像素的开发时间远比红色的开发时间更长，因为绿色磷光像素的寿命更难达到客户规格要求。这个一般规则也适用于蓝色光谱：颜色越深蓝的有机发光材料，通常寿命也越短。

量产中的蓝色荧光OLED寿命一般在LT50/1000坎德拉亮度下为2万小时，换句话说就是经过2万小时后蓝光OLED亮度会下降50%。假设OLED屏的使用时间为一天8小时的话，约在6年8个月后其蓝光寿命会减至一半。科学家们只好通过其他方式来提高蓝色的发光效率， 包括使用氘代产品及TADF产品：

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2021年底LG Display宣布了其下一代OLED技术，它被称为OLED EX，该公司称其可将面板亮度提高30%，提高显示精度，并允许成品的边框更小。这些改进是源自于两个关键变化。首先是在LG的OLED面板的化学构成中使用了一种被称为氘的元素，其次是加入了算法图像处理。

据消息人士透露，由美国杜邦公司提供的氘蓝色有机材料，使得公司可以提高面板的亮度。由于“重原子效应”，在蓝光材料中引入氘原子后，发光分子的自旋轨道耦合作用将得到增强，从而有利于磷光的产生，增加其量子效率。此外，在引入氘原子后，由于碳-氘键的键长较短，键能较大，发光材料的能量会降低，从而使得发光器件的稳定性和寿命都得到显著增强。虽然氘代 OLED 技术已经开始商用，但是普及还需要解决目前氘代材料的高成本问题，原因主要有两点：第一点是氘代材料需要额外的合成步骤，第二点是合成氘代材料的原材料重水供应量少。

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热活化延迟荧光(Thermally Activated Delayed Fluorescence; TADF)材料的优势为内部量子效率接近100%，远高于第一代荧光材料的25%，又没有第二代磷光材料需使用重金属而有成本较高的问题，因此TADF材料被誉为OLED的第三代材料，其发展沿革可参考《工业材料》杂志378期〈热活化延迟荧光材料之最新发展〉文章。TADF材料一般采用具有高扭曲角度的施体-受体结构来达到小的ΔEST，但也因此导致强ICT (Intramolecular Charge Transfer)特性，造成放光半波宽(FWHM)变宽。

为克服此问题，日本关西学院大学Takuji Hatakeyama教授团队提出含B及N原子的DABNA蓝光TADF材料，其ΔEST小、效率高，但无施体-受体结构，因此半波宽较小。此团队后来提出改良版材料ν-DABNA，半波宽仅为14nm，分子结构主要由两个硼、四个氮原子和两个二苯氨基取代基连接的五个苯环组成，硼和氮原子的多重共振效应引起HOMO和LUMO在不同原子上的明显定位，不仅使基态(S0)和单重激发态(S1)之间的振动耦合最小化，也使S1状态和三重激发态(T1)之间的能隙达最小化。此材料的电致发光波长为469nm，半波宽为18nm，最大外部量子效率为34.4%，在1,000nits时的外部量子效率为26.0%。此研发成果于2019年7月15日公开于英国科学杂志《Nature Photonics》

  日本JNC公司于2019年8月发表与关西学院大学合作、成功开发出之色纯度比QD、LED好的OLED显示器用蓝色发光材料，即是前述的ν-DABNA材料。

WO2018/047639A1-关西学院&JNC

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TADF材料商用化进度最快的两家公司为Kyulux和Cynora，

HF是一种具有革新意义的新型发光技术，该技术把TADF材料用作掺杂剂（Dopant），从而获得100%的内部量子效率。利用该技术可在不使用高价稀有金属的情况下，获得效率高、显色高、纯度高的发光效果。此外，Kyulux也在研发对于发光极其重要的主体材料（Host）和掺杂材料（Dopant）。为实现Hyperfluorescence技术的实用化，Kyulux计划在2024年末量产蓝色HF发光材料。从Kyulux在显示屏国际学会SID（于今年五月份召开）上公布的最新研发数据来看，蓝色HF发光材料已十分接近实用化。

从Kyulux在SID上公布的数据来看，就蓝色HF发光材料而言，在Top Emission（顶部发光）结构下，CIEy（色品坐标）为0.09；在Bottom Emission（底部发光）结构下，寿命从原来280小时成功提高至450小时。据悉，目前的半值宽度为16纳米，且寿命已经提高至480小时。考虑到现有蓝色荧光发光材料是在寿命达到750小时的情况下才被用于面板量产的，可以说只要再稍微提升一下蓝色HF发光材料的性能，即可应用于量产。

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德国TADF研究企业Cynora在2018年5月展示了其最新的蓝光TADF材料，该材料CIEy值为0.14，EQE为20%，700nits亮度下LT97寿命达到20小时。Cynora预期到2020年将能实现蓝光TADF材料的量产。

Cynora声称，这款材料的开发使他们对年底推出商用高效率蓝色TADF发光材料充满信心，目前研发团队正努力将蓝光的峰值做进460nm。

Cynora成立已近20年，主营业务是开发OLED材料，以改善刚性显示屏和可折叠、灵活和透明的显示屏。在其2022年B轮融资中，Cynora获得了来自LG和三星两大OLED显示器制造商投资的2500万欧元，以进一步开发用于AMOLED显示屏的有机发光材料组合。除了开发OLED和OPV技术外，该公司还开始开发铜基OLED化合物。在转型过程中，Cynora越来越聚焦于TADF OLED发射器。

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2022 年 2 月，三星显示在《自然光子学》杂志上发布一篇名为“异常稳定的蓝色磷光有机发光二极管”的文章，介绍蓝色磷光 OLED 材料的最新研究进展。

在该文章中，三星显示报道了创纪录的蓝光器件寿命，LT70可达1,113 小时@1000 cd/m2，0.197 CIEy。三星显示通过“批量引进 3,5-二叔丁基苯到 Pt(II) 化合物的氮杂环卡宾前体”，制造双主体蓝色磷光 OLED EML。该蓝色磷光 OLED EML 研究中采用已被用于绿色磷光 OLED EML 的类似双主体结构。

Nature Photonics | VOL 16 | March 2022 | 212–218 

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 据韩媒Thelec2月28日消息，UDC在2021年第四季度业绩发布后的电话会议中表示，公司在蓝色磷光有机发光二极管(OLED)材料的研发方面取得了进展，并将在2024年实现商业化。

UDC在此次电话会议中表示，“UDC在蓝色磷光材料开发方面持续取得优异的进展(excellent progress)”，并称“今年年底，蓝色磷光材料有望达到初期的目标规格”，接着称“到2024年，将实现红色、绿色、蓝色全部由磷光材料构成的OLED显示屏的商业化”，“将三种颜色全部商业化为磷光材料，将在高效、高性能OLED应用方面，创造出更多样化的机会”。

UDC预计，应用蓝色磷光材料，将会随之带来背板技术的变化，蓝色磷光材料的扩大应用还需要时间。另外，对于具体的蓝色磷光材料的开发情况，UDC并未公开。

多家OLED制造商都正致力于开发高效率的蓝色OLED，不论是TADF还是磷光材料我们都期待早日实现商业化。

参考文献：

https://mp.weixin.qq.com/s/lSWyPwBL1rRxcmN8orF63w

https://mp.weixin.qq.com/s/Q_N2mqX5sQ34d_dknOKhpw

https://mp.weixin.qq.com/s/5tL1pniHMcdDtRdAyr9zdg

https://mp.weixin.qq.com/s/IeC868vFx5Z6jXoVzo5bfg

https://mp.weixin.qq.com/s/1rqT2_2irGzNwKUKSTxCzw

来源：北京绿人科技有限责任公司

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