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超高效率之三重態-三重態湮滅向上轉換深藍光有機元件

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超高效率之三重態-三重態湮滅向上轉換深藍光有機元件

●技術簡介:
基於三重態-三重態湮滅上轉換設計出來的有機發光二極體,利用傳統的綠色螢光材料當作敏化層和藍色的三重態-三重態湮滅、放光層,達到驅動綠色放光材料,放出藍色光子的效果。其三重態激子可具有目前世界轉換最高的利用效率(86.1%),比傳統的三重態-三重態湮滅有機發光二極體具有較高的元件效率與較長的操作壽命。
●技術之科學突破性:
傳統的三重態-三重態湮滅有機發光二極體中,電子和電洞是結合並且在同一個材料層並且放光,在藍光的放光材料中,其三重態激子和電激發產生的極子會產生交互作用進而產生非常高的能量,這能量容易造成分子的斷鍵且通常是有機發光二極體中元件效率低下與老化的來源。故在白光顯示器中,藍色OLED的操作壽命會比綠色和紅色的OLED其操作壽命上來的低的許多,也因此藍色OLED的元件效率與操作壽命一直是各個團隊研究的主要目標。
在新穎三重態-三重態湮滅向上轉換(TTAUC)設計出來的有機發光二極體中,電子和電洞結合在綠色的Alq3層,而放光在藍色的ADN層,大幅減少正極子和藍色放光層ADN的交互作用,故藍色放光的壽命提升了1.5倍以上,在經過元件優化後藍色放光效率比傳統的三重態-三重態湮滅有機發光二極體提升了2倍左右。在此機制發明以前,目前最好的三重態-三重態湮滅轉換效率是黃色的放光材料Rubrene,約略70%左右,代表在電激發光下約7成的不發光的三重態激子可以轉換成黃色的單重態光子放光,而常用的藍色放光材料Pyrene,因為高能量的極子、三重態激子交互作用及轉換效率低於40%,代表大部分的三重態激子都被浪費掉了。但是我們這個技術因為分離了放光層和複合層,而且複合層位於熱穩定性較高的螢光分子上,其特性使得我們的設計具有非常高的轉換效率,高達86.1%,是目前已知世界上”轉換效率最高”的三重態-三重態湮滅元件,其極高潛力可應用於應用端並且進入初步測試,可大幅提升藍色放光材料的元件效率與操作壽命,而無須研發新穎藍色放光材料。
該研究已於2018認證與發表在advanced material期刊上,該期刊之影響因子約30左右,2021的chemical engineering journal該期刊之影響因子約13左右,期間以次概念已發表多篇國內外研討會、期刊論文,並且兩次被國際光電工程學會(SPIE)受邀至研討會進行演講,受到國內外學者與廠商之廣大迴響。
目前我們將這技術更進一步使用簡單架構維敏化層及發光層,並優化元件內部三重態激子數量,及三重態-三重態湮滅向上發螢光的機制,有效提升深藍光OLED之EQE達15.4%,為目前此發光機制之世界紀錄,並有效延長壽命達1.5倍以上,相關成果在智晶光電之試量生產線上獲得驗證,目前正導入下一世代產品中。
●技術之產業應用性:
有機發光二極體對比於傳統的液晶顯示器具有自發光、廣視角、高對比和輕薄的特性,成為下世代令人相當注目的平面顯示器和日常照明科技。目前有機發光二極體具有幾種機制,最一開始的材料系統是螢光有機發光二極體,但是他們的三重態會以熱的形式去浪費掉,只保留單重態可以做利用,導致效率非常的低通常在5%以下,而第二代磷光有機發光二極體從理論上它可以利用單重態和三重態的激發子而達到100%的內部量子效率,雖可以達到高效率,但是因濃度淬熄和三重態激子與極子交互作用的情況下,元件的壽命一直是一大挑戰,而且一定要使用到分子設計裡的貴重重金屬原子,在量產上也是一個限制。第三代的熱活化延遲螢光發光材料,雖然無須重金屬原子就可以達到高效率,但是材料本身的三重態能量很高,也會遇到三重態激子與極子交互作用的問題,進而降低元件壽命,雖然二、三代的材料效率都有不錯的表現,但是目前在量產階段都遇到了瓶頸。
目前三星、LG和蘋果的藍色有機發光二極體技術材料使用為三重態-三重態消滅 (Triplet-Triplet Annihilation;TTA)材料,其主體材料的兩個三重態靠得很近後產生湮滅現象,能量傳給客體材料的單重態放光,其三重態的能量約是單重態的一半,和之前材料系統的相比,三重態能量小了許多,故可改善元件壽命。但是這個現在常用的元件架構問題是,其複合區和放光區集中在同一層材料,即使三重態能量小,但也還是會造成一定影響的極子、三重態交互作用。在我們的TTAUC架構中,電子和電洞結合在綠色的Alq3層,而放光在藍色的ADN層,大幅減少正極子和藍色放光層ADN的交互作用,故藍色放光的壽命對比於傳統的三重態-三重態消滅(TTA)機制提升了1.5倍以上,效率也提升了2倍左右,降低所需要的驅動電壓。這個新穎的機制有機會取代現有商用材料與量產的系統與元件架構,解決了目前藍色OLED放光效率與操作壽命低下的問題。
將這技術更進一步簡化架構為敏化層及發光層,並優化元件內部三重態激子數量,及三重態-三重態湮滅向上發螢光的機制,有效提升深藍光OLED之EQE達15.4%,為目前此發光機制之世界紀錄,並有效延長壽命達1.5倍以上,相關成果在智晶光電之試量生產線上獲得驗證,目前正導入下一世代產品中。目前這個機制已通過了多個美國US 10,700,303和台灣專利I708827、I699919,極具有專利與量產價值。

線上展網址:
https://tievirtual.twtm.com.tw/iframe/348cedbf-d3ba-4907-9c26-f2bbe77f1367?group=23bfb1fa-dd5b-4836-81a1-4a1809b1bae5&lang=tw

聯絡人

  • 姓名:邱天隆

  • 電話:03-4638800分機7523

  • 地址:桃園市中壢區遠東路135號

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其他資訊

  • 展館別:未來科技館 半導體專區

  • 所屬代表參展單位:國科會

  • 主要應用領域:電子與光電

位置 更多資訊

相關網站連結

  • 技術成熟度:試量產

  • 展示目的:可交易技術、可交易專利、商機推廣、研發成果展示

  • 流通方式:專利授權/讓與、技術授權/合作、自行洽談

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