OLED三類材料體系研發(fā)需要突破的難題 2020/06/25
國(guó)內(nèi)外從事OLED三類材料體系研發(fā)工作，所面臨的主要問(wèn)題是相同的
有機(jī)發(fā)光層的材料必須具備固態(tài)下有較強(qiáng)熒光、載子傳輸性能好、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性佳、量子效率高且具有真空蒸鍍的特性，一般有機(jī)發(fā)光層的材料通常使用與電子傳輸層或空穴傳輸層所采用的材料相同，例如Alq被廣泛用于綠光，Balq和DPVBi則被廣泛應(yīng)用于藍(lán)光。
OLED發(fā)光材料按照發(fā)光激子的種類可分為熒光材料和磷光材料兩種，目前，在熒光材料方面，性能最高的是日本出光興產(chǎn)的材料。紅光效率達(dá)到了11cd/，壽命高達(dá)160,000h；綠光效率達(dá)到30cd/，壽命為60,000h；正在開發(fā)中的高效率、長(zhǎng)壽命藍(lán)光材料BD-2(0.13,0.22)，效率為8.7cd/，壽命23,000h。
在磷光材料方面，UDC公司開發(fā)的紅光材料色坐標(biāo)為(0.67,0.33)，效率達(dá)到15cd/，初始亮度為500cd/m2下工作壽命超過(guò)150,000h；綠光材料色坐標(biāo)為(0.34，0.61)，效率達(dá)到65cd/，初始亮度為1000cd/m2時(shí)，壽命超過(guò)40,000h；最難得到的藍(lán)色磷光材料效率達(dá)到了30cd/，在200cd/m2的初始亮度下，壽命達(dá)到了100,000h。
目前有眾多國(guó)內(nèi)外廠商和實(shí)驗(yàn)室從事OLED的材料與顯示器件的研究開發(fā)工作，從材料的角度看，主要有3類：
①英國(guó)劍橋顯示技術(shù)公司、皇家飛利浦和日本住友化學(xué)等為代表的高分子材料陣營(yíng)。
②伊斯曼柯達(dá)、環(huán)宇顯示和日本出光興產(chǎn)等為代表的小分子陣營(yíng)。
③樹枝狀發(fā)光材料，由于其發(fā)光特性可以方便地由中心核調(diào)換不同的熒光染料來(lái)實(shí)現(xiàn)，另外大量的表面功能團(tuán)和不同的代數(shù)可供選擇來(lái)得到一些特有的特性，如載流子傳輸功能、區(qū)域隔離效應(yīng)、溶解性和天線效應(yīng)等，最重要的是，該類材料兼有高分子材料的可溶液加工性和小分子材料的高性能性，已經(jīng)被認(rèn)為是最具發(fā)展的第三類材料體系。
對(duì)于任何材料體系而言，目前都面臨的主要問(wèn)題有：
①如何獲得高的效率。
②如何延長(zhǎng)壽命和提高穩(wěn)定性。
③長(zhǎng)時(shí)間靜止畫面的保持特性。
④如何得到高的遷移率，低的工作作電壓，從而降低功耗，為未來(lái)研制低功耗面板打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
其中藍(lán)光材料的效率與壽命一直都是瓶頸，出光興產(chǎn)與索尼于2008年5月19日宣布，其共同開發(fā)出藍(lán)色發(fā)光OLED器件，并已證實(shí)內(nèi)部量子效率為28.5%，且發(fā)光壽命為30,000h以上，就熒光型發(fā)光材料而言，這一發(fā)光效率為全球最高水平。英國(guó)劍橋顯示器技術(shù)公司和日本Sumation公司宣布藍(lán)色高分子OLED材料取得新的提高，與2007年3月發(fā)布的材料相比，壽命提高了40%，其藍(lán)光材料在初始亮度為1000cd/m2時(shí)的半衰壽命已經(jīng)達(dá)到10,000h，按400cd/m2亮度換算則為62,000h。
為了使器件壽命能實(shí)現(xiàn)大幅提高，不僅要得到高效率的發(fā)光材料，還需要改進(jìn)空穴注入材料和電子傳輸材料，從而提高載流子的注入和傳輸平衡，同時(shí)也要考慮將載流子有效地限制在發(fā)光層內(nèi)以進(jìn)一步提高OLED器件效率，例如出光興產(chǎn)采用新的電子傳輸材料來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的8羥基喹啉鋁(Alq3)，有效地降低了啟亮電壓，提高了器件的效率和穩(wěn)定性。在不斷提高單色有機(jī)發(fā)光材料與OLED器件性能的同時(shí)，人們也在考慮將紅、綠、藍(lán)三基色光復(fù)合實(shí)現(xiàn)白光，用于顯示、LCD背光和照明。
清華大學(xué)開發(fā)出非摻雜體系的紅色熒光主體材料，色坐標(biāo)為(0.65,0.35)，在初始亮度1000cd/m2下壽命超過(guò)15,000h；中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所設(shè)計(jì)合成的綠光、紅光和藍(lán)光銥配合物的磷光材料，發(fā)光效率分別達(dá)到了57.9cd/(57.4lm/W)、50.0cd/(45.2lm/W)和16.2cd/(14.0lm/W)，以達(dá)到了領(lǐng)先的水平。
總體上講，制造OLED器件所需的紅、綠、藍(lán)三色材料的發(fā)光效率和發(fā)光壽命均基本滿足實(shí)用化需求。紅色磷光材料在色純度上優(yōu)于紅色熒光材料，但綠光和藍(lán)光在色純度上還有待進(jìn)一步提高。要獲得高色純度、長(zhǎng)壽命的藍(lán)色磷光材料，仍然是富有挑戰(zhàn)性的難題。而且對(duì)發(fā)光材料的研究而言，新的三色發(fā)光材料的開發(fā)和OLED器件色純度、發(fā)光效率、壽命的進(jìn)一步提高依然是今后一段時(shí)間內(nèi)的重要工作。
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