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打开OLED“突破窗口” 助力中国OLED行业“弯道超车”

2020-09-11

 

有机发光二极管(OLED)因具有全固态、像素点自发光、广视角、超快响应、丰富的色彩表现力、有潜力实现超低成本喷墨打印工艺和可制备柔性超薄器件等优势,成为国际上竞相发展的新一代显示技术,受到学术界和产业界的高度重视。国家重点研发计划“战略性先进电子材料”重点专项“新一代有机电致发光材料与器件”项目,旨在研发不含贵重金属的纯有机材料体系及相关器件,以满足我国OLED显示领域对低成本、高性能材料及简约器件制备工艺的迫切需求,推进国内OLED科技研发的源头创新和产业链结构升级。
该项目由华南理工大学牵头,参与单位包括清华大学、吉林大学、苏州大学等。项目设立新发光机制的有机发光材料的设计与制备、热活化延迟荧光机制的有机发光材料的设计与制备、有机发光材料和器件的稳定性和老化机理研究、新型发光器件结构和工艺优化设计、显示器件集成技术与表征评价5个研究方向。项目自2016年启动,在参与单位的共同努力下,目前已取得一系列阶段性成果。
 
1 理论突破
率先提出利用给受体分子结构获得具有反构造原理电子结构的发光自由基,证实了给受体自由基的电子结构不遵循构造原理,并提出了实现具有反构造原理电子结构自由基的通用策略。该研究成果发表于Nature Materials,展现了发光自由基在有机光电领域的广阔应用前景,引起广泛关注。
高效率双线态自由基有机发光材料的发光机制见图1,通过不断改良自由基发光材料,获得了两个高效的自由基双线态发光材料TTM-3NCz和TTM-3PCz,其掺杂薄膜的光致发光效率分别达到90%和61%。基于TTM-3NCz的深红光电致发光器件内量子效率为90% (接近100%的理论极限),外量子效率达到27%。图2展示了不遵循Aufbau原理的发光自由基材料的发光机制及材料结构,图3展示了基于双线态自由基有机发光材料的器件性能。
 
2 技术突破
自项目实施以来,围绕开发制备高效稳定的发光材料与器件,项目团队开发了一系列不同发光机制的高效稳定的发光材料及其周边材料,深入研究了材料老化机制,开发了新颖稳定的器件结构,制备出满足器件寿命要求的纯无机透明柔性OLED封装薄膜,制备了高效率、长寿命的纯有机红、绿、蓝发光器件。代表性工作如下。
2.1 新型热活化延迟荧光(TADF)发光材料及其稳定性影响机制
基于化学键能(BDE)和激子动力学,建立了OLED器件寿命预测新方法,成功实现对器件寿命的定性预测(图4a)。通过配位活化过渡金属的n型掺杂机理构筑新型稳定电子注入材料,提高了器件的稳定性(图4b)。提出利用热活化敏化荧光(TASF)技术制备高效率长寿命的器件(图4c)。
2.2 高效长寿命有机发光二极管器件设计
项目团队引入新型的前驱体材料,优化薄膜沉积条件以及调整阻隔薄膜微观结构的方法,获得具有高阻隔性能的叠层Al2O3/MgO薄膜(图5)。制备出纯无机透明柔性OLED封装薄膜(图6),水蒸汽透过速率(WVTR)值突破10-6 g/m2/天,满足OLED器件的使用标准。
该项目围绕研发新一代有机电致发光材料和器件的主任务,充分利用项目参与单位的研发优势,协同攻关,发展OLED显示新一代材料,解决OLED显示材料共性基础科学问题,在实现任务书提出的效率以及寿命关键指标的同时,推动自主材料的产业化,取得的成果将打破国外技术垄断,助力我国OLED产业在国际有机电致发光研发和产业化的竞争格局中占据一席之地。