九州大学开发出内部量子效率接近100％的有机EL用“荧光材料”

日本九州大学最先端有机光电子研究中心（OPERA）日前宣布，开发出了虽为荧光材料但内部量子效率基本达到100％的有机EL新发光材料。内部量子效率高的材料以往仅限于使用稀有金属的磷光材料，而新材料不使用稀有金属。OPERA将该材料命名为“Hyperfluorescence”。OPERA负责人、九州大学教授安达千波矢称 “该材料不需要磷光材料”。详细论文已发表在《自然》上。

有机EL发光材料根据发光原理的不同分为荧光材料和磷光材料。荧光材料只在激子（exciton）经由“一重态”的自旋状态时才会再结合（发光）。而磷光材料除一重态外经由三重态的自旋状态也会发光。由于一重态和三重态以1：3的比例发生，因此荧光材料的内部量子效率最大为25％，而磷光材料最大为100％。在荧光材料中，三重态激子的能量一般未用于发光，几乎全部以热量方式损失掉。

TADF的原理。三重态（T1）的激子受热后会“升”至一重态（S1）。

这一现象在有机EL元件发光效率的不同上体现得非常明显。因此，在有机EL显示器及有机EL照明的开发中，使用磷光材料的比例在不断增加。发光效率超过50lm/W的有机EL元件除蓝色发光材料外还可用磷光材料实现。但磷光材料还存在多项课题。比如：（1）磷光材料含有稀有金属，材料昂贵；（2）美国环宇显示技术公司（Universal Display，UDC）掌握着磷光材料的基本专利，使用时要与该公司谈判；（3）蓝光磷光材料其发光寿命短，几乎没有可实用的材料，等等。

此次开发的材料的示例

近来，业界却发现了几种虽为荧光材料但内部量子效率却超过25％的材料。OPERA的安达研究室十分关注这一现象，将其发光原理之一称为“热活性型延迟荧光” （TADF），对提高其发光效率的材料设计展开了研究。

TADF只在激子经由一重态时才发光，从这一意义来说它属于荧光材料。但三重态激子受热后会“激励”成一重态。这样便有望使全部的激子为发光做出贡献。

使用新材料试制的有机EL面板的示例

此次安达研究室利用TADF的原理开发出了内部量子效率达到90％以上的材料。这是一种由5～9个苯环构成的低分子材料，不需要稀有金属及稀土类元素。另外还试制了使用该材料的有机EL元件及显示器。据称外部量子效率达到19％以上，获得了与使用磷光材料的元件相匹敌的结果。目前效率最高的是绿色发光材料，但安达表示：“包括深蓝色在内的几乎所有颜色的发光，新材料都已经有了实现的眉目。”（日经技术在线 供稿）