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更新日期:110年9月29日

本校OLED團隊解密高效率螢光材料發光機制

本校化學系周必泰教授主持的國際研究團隊,與海洋大學光電所教授洪文誼及常州大學教授朱衛國合作,成功解釋多重共振效應誘導–熱激活化延遲螢光材料的發光機制,研究成果登上國際光電領域排名第一的《自然光電》(Nature Photonics)期刊。該理論的突破有望推動高效螢光發光材料的蓬勃發展,對未來的顯示科技具有重大影響。

多重共振效應誘導–熱激活化延遲螢光材料(Multiple Resonance Effect Induced Thermally Activated Delayed Fluorescence, MR-TADF),由於具有近100%放光效率同時具備高色純度優點,近年來比傳統熱激活化延遲螢光材料以及其他金屬錯合物磷光材料更是備受青睞。然而,其中一個現象卻一直困惑著研究者,那就是一些多重共振效應誘導–熱激活化延遲螢光材料,其分子在光致激發時具有很強的螢光,唯並沒有延遲螢光的跡象;但是這一類發光材料一旦摻雜在合適的主體材料中,卻又能表現出顯著的延遲螢光現象。延遲螢光在有機電致發光(OLED)是重要機制,它可以經由熱激活後捕獲三重態得到延遲螢光,藉此達成100% 放光量子效率。MR-TAD隔離分子及藉由主客體的混合,產生完全不同的光物理現象,已經困擾國際相關研究者多年,也因此阻礙相關OLED 的進展。

周必泰教授領導的團隊,首先合成一系列新穎的MR-TADF分子, 再有系統的與經典的MR-TADF螢光發光材料做深入的對比研究,分別利用光致及電致激發時間解析光譜法以及步進式掃描傅立葉轉換瞬態吸收光譜法(step-scan Fourier-transform transient absorption spectroscopy),在混合共蒸鍍的有機發光層中,發現主體–客體之間可以相互作用,藉此產生瞬態電荷轉移中間體。這中間體能為客體螢光分子的單重態及三重態「搭橋」,提升單重態至三重態的系間穿越(intersystem crossing)及反系間穿越(reverse intersystem crossing)的速率,「創造」出延遲螢光。如圖一所示,清楚的闡釋藉由主客體電荷轉移中間體的形成,讓分子可以藉此加快系間以及反系間穿越的速率, 達到熱激活化延遲螢光的產生。

在保證光色純度不變的同時,達到高效利用暗態(即三重態)激子。這一嶄新的機制,未來可以讓OLED科研工作者,重新審視一些單重態和三重態的能隙小,足以被熱激活,但本身卻沒有延遲螢光性質的高效螢光材料,有望解決並實現OLED高效藍光材料。周教授實驗室在藍光以及近紅外光物理以及電致發光研究迭創新的里程碑,過去四年來已於頂尖期刊Nature Photonics上連續發表三篇創始性的論文,成果卓著。周教授於2020年獲科技部學術攻頂計畫補助,在光電領域確實已達科技部攻頂的指標。

研究成果全文:The role of host–guest interactions in organic emitters employing MR-TADF

於2021年9月28日發表於《自然光電》(Nature Photonics):https://doi.org/10.1038/s41566-021-00870-3

  • 圖1

    藉由主客體電荷轉移中間體的形成,讓分子藉此加快系間以及反系間穿越的速率,達到熱激活化延遲螢光的產生

  • 圖2

    主客體相互作用,產生中間主體; 藉著中間體的生成,讓正反系統超越速率都加快,增益延遲螢光

  • 圖3

    實驗室學生正在對焦光徑

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