humo JNC与关西大学开发用于超高纯度OLED显示用蓝色发光材料

需要开发出具有色纯度和发光效率都极佳的OLED显示屏发光材料；灵活运用氮和硼的特性，成功研发出了色纯度超过氮化镓（Gallium）系列LED和镉（Cadmium）系列量子点的有机系列蓝色发光材料（ν-DABNA）。有望实现有机EL显示屏的高色域化、高辉度化、低功耗化、蓝光的降低等。

如果色纯度较低，在应用到显示屏上时，需要使用滤光片从Spectre中去除不必要的颜色，提高色纯度，这将导致显示屏的亮度和发光效率显著降低。此外，滤光片对色纯度的提高仍然有限，因此难以提高显示屏的色域，需要开发高色纯度的发光材料。

朗天教授及其研发团队在发光分子的适当位置引入两个硼和四个氮，并借助共振的作用，成功控制了宽发光光谱的起因，即拉伸振动，成功研制出色纯度高于镓系led和镉系量子点的有机蓝色发光材料(v- DABNA)。

2016年，研发团队成功研发了ν- DABNA的原型DABNA，并成功应用于高端智能手机的有机EL显示。开发的ν- DABNA比DABNA具有高得多的色纯度和发光功率，有望实现有机EL显示屏的高色域、高亮度、低功耗和蓝光降低。

研发成果发表在2019年7月15日(英国时间)的英国科学杂志《自然光子学》在线快递版上。

研究背景和过程:

与液晶显示器相比，有机电致发光显示器具有对比度好、不受视角限制、响应速度快等优点。它们广泛应用于智能手机、电视和工业显示器。作为有机发光显示屏的发光材料，荧光材料、磷光材料和热激活延迟荧光(TADF)材料可以用作有机发光材料。但它们都存在半极大值全宽大、色纯度低的问题。

通常，显示屏通过混合红、绿、蓝三原色来显示各种颜色。如果色纯度低，可能会出现无法再现颜色的问题，并且显示屏的图像质量(颜色再现性)也会降低。市场上销售的有机EL显示屏，一般都是通过滤光片从发射光谱中去除不必要的光，提高色纯度(即减小光谱宽度)后使用。此时，如果原始光谱的宽度较宽，则去除的光的比例也会增加，显示屏的亮度和发光效率也会大大降低。而且滤光片对色纯度的提高是有限的，因此很难提高显示屏的色域，因此迫切需要开发一种高色纯度的发光材料。此外，在这一背景下，作为替代有机发光二极管的技术，氮化镓系列发光二极管微型发光二极管和镉系列量子点QD发光二极管的研发正在如火如荼地进行。

研究内容:

夏添教授和他的研究小组已经开发了一系列高色纯度的有机蓝色发光材料(v-DABNA)(见下图右侧)。到目前为止，作为有机电致发光的蓝色发光材料，已经使用了发光效率高的多环芳烃的芘和苝的诱导剂，但出现了半峰全宽约40纳米的发射光谱问题(见下图左图)。原因是HOMO和LUMO主要存在于不同的碳原子之间，随着发光，碳原子之间的电子密度在从激发态单线态(S1)迁移到基态(S0) (S1→S0迁移，相当于电子从LUMO迁移到HOMO)时变化很大。由于S1→S0的迁移，如果碳原子之间的密度增加，碳原子之间的动力也会发生变化，虽然也会伴随着碳碳键的拉伸振动，发光光谱的宽度会根据振动的能量(1300-1700 cm-1)而增加。另一方面，关于v-DABNA，由于硼和氮的多重共振效应，HOMO和LUMO局部分布在不同的碳原子上，由于S1→S0迁移，碳原子之间的电子密度几乎没有变化，所以没有拉伸振动(参考右图)。S1→S0的迁移会产生整个分子的扭曲振动，但振动的能量极小(~20cm-1)，所以它表现出极窄的发射光谱，在14-18nm的半峰全宽。另外，v-DABNA具有优异的TADF特性，其实用亮度(300cdm-2)比过去蓝色粒子的外量子发光效率高出30%。

未来方向:

这次研发的v-DABNA比氮化镓系列LEDs和镉系列量子点的色纯度和功率都要高。因此，有望实现有机发光显示屏的高色域、高亮度、低功耗和蓝光减少。此外，关于市场上销售的显示屏，如何提高蓝色发光体的性能是其“瓶颈”。因此，通过合理优化像素的结构和生产工艺，有望在未来降低显示屏的成本。通过本研究建立的分子设计，未来将开发出更多具有优异特性的发光材料。

术语解释:

DABNA

“超纯蓝色热激活延迟荧光分子:通过多重共振效应有效分离同-LUMO”通过多重共振效应有效分离同-LUMO)材料。2016, 28, 2777.doi: 10.1002/adma。201505491

热激活延迟荧光(TADF材料)

TADF材料是一种荧光材料，可以有效地将三重态激发转化为单重态激发，理论上可以将所有的电转化为光。此外，它还有另一个优点，即它不像磷光材料那样使用铱和白金等稀有元素。TADF材料是由安达·钱波教授(九州大学尖端有机光电研究中心)及其团队发现的。现在日本国内外的研究者都在积极以安达教授为中心进行研究。

半最大值处的全宽

又称“半宽、半峰宽”，是计算山函数宽度的标准。这里指的是发光光谱中发光强度最大值一半处的光谱宽度(全宽)。市场上销售的有机发光显示器的蓝光光源使用半高宽相对较窄的荧光材料。

胡莫

在一些被电子占据的分子轨道中，能量最高的轨道——最高占据分子轨道的简称。能级略低于下面提到的LUMO。有机EL元件处于不稳定状态(激发态)，即电子从HOMO迁移到LUMO的状态，当电子从LUMO迁移到HOMO时(即稳定状态)，产生光。在激发态，因为占据分子轨道的电子变成一个，所以叫做SOMO(单占据分子轨道)。

最低未占据分子轨道

在一些没有被电子占据的分子轨道中，最低能量轨道——也就是最低未被占据分子轨道的缩写。在激发态，占据分子轨道的电子变成一个，所以它们是半轨道的(SOMO)。

外部量子功率

光电转换元件(有机电致发光、发光二极管等)的效率指标之一。).用单位时间内从外部注入的电子数与释放到外部的光量子数之比表示。在有机EL中，数值会因为元素的成分不同而不同；荧光素含量一般在10%左右，磷光和TADF含量在30%左右。从外部注入的电子数与元件内部产生的光量子数之比称为“内部量子功率”，磷光元件和TDAF元件可以达到100%。由于不可能从面板前面提取所有产生的光，显示屏的外部量子功率远低于内部量子功率。外部量子功率=内部量子功率*光提取率。