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OLED/TADF研究之滨松解决方案

2023/12/18 16:39

阅读:107

分享:
应用领域:
材料
发布时间:
2023/12/18
检测样品:
光学材料
检测项目:
量子产率
浏览次数:
107
下载次数:
参考标准:
/

方案摘要:

OLED(有机发光二极管,Organic Light-Emitting Diode)与LCD(液晶显示器,Liquid Crystal Display)是目前市场上主要的两类显示技术。其中,LCD发光是靠背光,通过控制液晶分子偏转决定像素中各个颜色的透光率;而OLED中直接控制像素点发光。OLED显示技术具有更薄的屏幕、高达百万的对比度(千倍于LCD)、较低耗电、极高反应速度/刷新速率等优点,而最令大众所熟知的优点则是(1)LED的黑色来自于光源本身不发光;而LCD的黑色来自于偏光片的阻挡;所以OLED相对LCD屏幕其黑色足够“纯正”。(2)OLED屏幕结构简单,易于做成“柔性屏”。

产品配置单:

分析仪器

滨松近红外量子效率测试系统C13534系列

型号: C13534系列

产地: 日本

品牌: 滨松

¥85万

参考报价

联系电话

方案详情:

应用背景——OLED与TADF


OLED(有机发光二极管,Organic Light-Emitting Diode)与LCD(液晶显示器,Liquid Crystal Display)是目前市场上主要的两类显示技术。其中,LCD发光是靠背光,通过控制液晶分子偏转决定像素中各个颜色的透光率;而OLED中直接控制像素点发光。OLED显示技术具有更薄的屏幕、高达百万的对比度(千倍于LCD)、较低耗电、极高反应速度/刷新速率等优点,而最令大众所熟知的优点则是(1)LED的黑色来自于光源本身不发光;而LCD的黑色来自于偏光片的阻挡;所以OLED相对LCD屏幕其黑色足够“纯正”。(2)OLED屏幕结构简单,易于做成“柔性屏”。


图1. OLED与LED的原理区别



OLED技术的核心是OLED发光材料,历史上主要出现了3种发光材料:


(1)在通电的情况下,OLED材料中产生的电子和空穴在发光层配对产生“电子-空穴对”,也称为激子。激子中有25%处于单线态,而75%处于三线态。其中单线态激子能够直接跃迁回基态并发出光子(称为荧光);但通常三线态激子无法直接跃迁回基态并发光,所以早期OLED荧光材料的量子产率/内量子效率被限制在25%(也即25%单线态激子能发光),而做成器件后的外量子效率则会低至5%以下。这种材料称为“荧光材料”。


为了突破25%的限制,研究者尝试了各种手段,让占比75%的三线态激子也能发光。


(2)一种思路是让三线态激子能够自行跃迁回基态并发出光子。在一些含重金属原子(如铱Ir、铂Pt、EuOs)的金属有机化合物中,处于三线态的激子(占总激子数量的75%)可以在返回基态的同时发光(称为磷光),使得其理论量子产率/内量子效率达到100%,大大提高了OLED器件的发光效率,是目前业界使用比较广的发光材料。这种材料也称为“磷光材料”。


(3)另一种设计思路是希望将三线态的激子变成能级较高的单线态,然后跃迁回基态并同时发光。TADF(热活化延迟荧光材料)就是这个思路下的一类材料。TADF材料的三线态和单线态能级差距(ΔEST)很小,使得三线态激子能被室温热能活化,实现激子从三线态到单线态能级的反向系间窜越(RISC)。也就是说,TADF材料中75%的三线态激子可以吸收热能转化为单线态激子,然后跃迁回基态并发光。TADF的理论量子产率/内量子效率同样可以达到100%,而且材料不含重金属,相对磷光材料成本下降且更加环保。更优秀的特性使得TADF也被称之为“第三代OLED材料”,被业界寄予厚望。


图2. TADF原理示意图



有关TADF的来龙去脉,可以参考下面的视频。





滨松方案:TADF研究中的参数测量


在TADF领域中,既涉及TADF材料本身的研究,也涉及将TADF封装成OLED器件的研究。作为光电行业的领军企业,滨松在TADF研究中提供了完整的产品线,并已经得到了国内外的广泛认可。例如首次将TADF材料应用于OLED器件的日本九州大学Adachi教授实验室就一直使用着滨松的产品。



研究领域

TADF材料研究

TADF OLED器件研究

测试项目

绝对量子产率/内量子效率

荧光寿命

外量子效率(EQE),IVL参数

松相关产品

Quantaurus-QY
Quantaurus-QY+
C9920-02

Quantaurus-Tau
条纹相机

C9920-11/12


# 绝对量子产率/内量子效率


绝对量子产率或内量子效率,指材料发出的光子数与激子数量的比值。由于能够充分利用三线态激子发光,TADF材料的绝对量子产率/内量子效率可以接近100%。滨松绝对量子产率测试产品(C9920-02,Quantaurus-QY和Quantaurus-QY+)均采用滨松自产的探测器,而对探测器本身的深刻理解保证了绝对量子产率/内量子效率的准确测量,能够最大限度地避免由于误差而出现的大于100%的测量结果。基于优异的稳定性,滨松绝对量子效率测试产品被用于TADF发展中的许多关键文献和研究(详见相关文献部分)。


# 荧光寿命


TADF材料的发光过程可以清晰地分成2段,其中第一段是普通荧光衰减的快过程(ns级别),第二段显示为拖尾的是延迟荧光的慢过程(us~ms级别)。下图为九州大学Adachi实验室采用滨松Quantaurus-Tau所发表的数据,其他采用滨松产品的已发表文献见后。


图3. 文献案例:采用Quantaurus-Tau测试TADF材料的荧光寿命
(Q.Zhang et al. ,Nature Photo.  8  , 326-332(2014)



# 器件外量子效率(EQE),IVL参数


TADF材料的绝对量子产率/内量子效率已经可以达到接近100%,做成OLED器件之后,外量子效率——即器件发出的光子数除以注入器件发光层的电子数的比值——也已经能达到20%左右。此外,器件的电流-电压-亮度(IVL)参数也是OLED器件研究中所必须的测量项目。滨松能够提供光分布测试系统(C9920-11)和外量子效率测试系统(C9920-12)分别以光分布法和积分球法对外量子效率(EQE)进行测量,相关应用和产品的介绍可参考《电致发光器件评价之滨松解 决方案 》。采用滨松产品的已发表文献见后。


图4. 文献案例:器件外量子效率(EQE)测量结果



相关产品:




Quantaurus-QY
绝对量子产率测试仪

Quantaurus-QY plus
绝对量子产率测试仪

Quantaurus-Tau
荧光寿命测试仪


C9920-02
绝对量子效率测试系统

C9920-11
光分布测试系统

C9920-12
外量子效率测试系统


相关论文


文献

关键词

测量项目

所用滨松产品

 Cui L. et.al. Long-lived efficient delayed fluorescence organic light-emitting diodes using n-type hosts. Nat. Commun,  8  2250(2017)

OLED
TADF

量子产率
荧光寿命

Quantaurus-QY
Quantaurus-Tau

 Kabe R. et.al. Organic long persistent luminescence. Nature,  550  384-387(2017)

OLED
TADF

量子产率
荧光寿命

Quantaurus-QY
Quantaurus-Tau

 Hirata S. et.al. Highly efficient blue electroluminescence based on thermally activated delayed fluorescence. Nat. Mater.,  14  330-336(2015)

OLED
TADF

量子产率
荧光寿命

Quantaurus-QY
Quantaurus-Tau

 Nakanotani H. et.al. High-efficiency organic light-emitting diodes with fluorescent emitters. Nat. Commun,  5  4016(2014)

OLED
TADF

量子产率
荧光寿命

Quantaurus-QY
Quantaurus-Tau

 Zhang Q. et.al. Efficient blue organic light-emitting diodes employing thermally activated delayed fluorescence. Nat. Photo.,  8  326-332(2014)

OLED
TADF

量子产率
荧光寿命
电致发光

Quantaurus-QY
Quantaurus-Tau

 Endo A. et.al. Measurement of photoluminescence efficiency of Ir( III) phenylpyridine derivatives in solution and solid-state films. Chem. Phys. Lett.,  460  155-157(2008)

OLED
TADF

量子产率
荧光寿命

Quantaurus-QY
Quantaurus-Tau

 Sajoto T. et.al. Temperature Dependence of Blue Phosphorescent Cyclometalated Ir( III) Complexes. J. Am. Chem. Soc.,  131  9813-9822(2009)

OLED
TADF

量子产率
荧光寿命

Quantaurus-QY
Quantaurus-Tau

 Chen H. et.al. 1,3,5-Triazine derivatives as new electron transport–type host materials for highly efficient green phosphorescent OLEDs. J. Mater. Chem.,  19  8112-8118(2009)

OLED
TADF

量子产率
荧光寿命

Quantaurus-QY
Quantaurus-Tau

 Bolink H. et.al. Origin of the large spectral shift in electroluminescence in a blue light emitting cationic iridium( III) complex. J. Mater. Chem.,  17  5032-5041(2007)

OLED
TADF

量子产率
荧光寿命

Quantaurus-QY
Quantaurus-Tau

 Costa R. et.al. A Deep-Red-Emitting Perylenediimide−Iridium-Complex Dyad: Following the Photophysical Deactivation Pathways. J. Phys. Chem. C,  113  19292-19297(2009)

OLED
TADF

量子产率
荧光寿命

Quantaurus-QY
Quantaurus-Tau

 Costa R. et.al. Dumbbell-Shaped Dinuclear Iridium Complexes and Their Application to Light-Emitting Electrochemical Cells. Chem. Eur. J.,  16  9855(2010)

OLED
TADF

量子产率
荧光寿命

Quantaurus-QY
Quantaurus-Tau

 Costa R. et.al. Efficient and Long-Living Light-Emitting Electrochemical Cells. Adv. Funct. Mater.,  20  1511(2010)

OLED
TADF

量子产率
荧光寿命

Quantaurus-QY
Quantaurus-Tau

 Costa R. et.al. Stable and Efficient Solid-State Light-Emitting Electrochemical Cells Based on a Series of Hydrophobic Iridium Complexes. Adv. Energy Mater.,  1  282(2011)

OLED
TADF

量子产率
荧光寿命

Quantaurus-QY
Quantaurus-Tau


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材料

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