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什麼是 TADF OLED？

什麼是TADF OLED ?

熱活化延遲螢光（TADF，Thermally Activated Delayed Fluorescence）OLED是第三代OLED技術，通過利用三重態激子和單重態激子間的移轉，將內部量子效率（IQE）提升到最大化。這種技術依賴於一種稱為反向系統間穿越（Reverse intersystem crossing，RISC）的特殊機制，能將三重態激子轉化為單重態激子，進而以延遲螢光的形式發光。這一突破使得TADF OLED可以實現接近100%的IQE，超越了傳統螢光OLED和磷光OLED的技術限制。

TADF OLED vs. 傳統OLED

傳統OLED的發光機制主要以螢光OLED及磷光OLED兩種方式：

  • 螢光OLED為第一代OLED技術，通過單重態激子發光。由於材料的電子能階特性，因其三重態激子與單重態激子之間無法移轉，三重態激子會以熱量的形式損失掉，故理論上螢光OLED元件效率上限為25%，因此元件效率發展有限。

  • 磷光OLED為第二代OLED技術，常使用含銥或鉑等貴重金屬的材料，透過貴重金屬與有機配位基間的電子軌域耦合，使得三重態激子與單重態激子之間能進行移轉，故理論上磷光OLED元件效率可達100%。磷光發光材料因含有貴重金屬，因此成本較昂貴，除了藍光磷光OLED尚有壽命不足的問題外，目前高效率的紅光與綠光磷光OLED的產品已量產商業化多年。

相比之下，第三代OLED技術的TADF OLED完全依靠有機材料來實現100%的IQE，而無需依賴昂貴的貴重金屬。通過推電子基團與拉電子基團的扭轉結構設計，將單重態（S₁）和三重態（T₁）能階之間的能隙（ΔEST）縮小，讓TADF材料能有效地促進RISC機制，使其成為OLED技術中具高效率兼具低成本的潛力方案。

TADF OLED的常見材料結構結構包含了咔唑、氰基及均三嗪等的基團，例如4CzIPN、4CzPN、t4CzIPN和Cz-TRZ2，這些材料以其高效的電荷轉移特性和可調的發射光譜而聞名，特別適合於增強器件效率和穩定性。

 什麼是 MR-TADF OLED?

多共振熱活化延遲螢光（Multi-Resonance Thermally Activated Delayed Fluorescence，MR-TADF）OLED是TADF材料的進階發展，其特點是具有窄帶發射（半高寬，FWHM<40nm），這是材料結構通過共軛平面分子設計，抑制分子振動轉換和局域化電子密度分佈實現的，使得MR-TADF材料在實現高色彩純度和高效率方面具有顯著優勢。MR-TADF OLED的常見材料包含硼氮雜環的發光體，例如DABNA-1、CzBN、ν-DABNA 和2PTZBN，這些材料皆具高色彩純度和高元件效率，特別適合應用於顯示器。

TADF OLED 的優勢與應用

優勢

  • 成本效益：不同於磷光材料，TADF 材料完全使用有機材料，減少對貴重金屬的依賴。

  • 高效率：通過捕捉單重態和三重態激子，實現接近100%的IQE。

  • 色彩純度：MR-TADF OLED提供窄帶發射，非常適合需要鮮豔準確色彩的顯示應用。

  • 可擴展性：TADF材料可透過噴墨打印等溶液基製程進行大規模生產。

應用

  • 顯示器：TADF OLED可應用於高解析度顯示技術，例如智慧型手機、電視和穿戴式設備。

  • 照明：提供裝飾性和一般用途的節能照明解決方案。

  • 特殊應用：MR-TADF OLED非常適合要求精確色彩再現的應用，例如擴增實境（AR）和虛擬實境（VR）顯示器。

結論

TADF OLED技術在成本、效率和可擴展性之間建立了平衡，成為極具發展潛力的下一代OLED元件技術。隨著材料設計（如MR-TADF發光體和新型供體-受體系統）的進一步發展，TADF OLED正在重新定義顯示與照明產業的性能邊界。

Additional Reading

Deori, U., Nanda, G. P., Murawski, C., & Rajamalli, P. (2024). A perspective on next-generation hyperfluorescent organic light-emitting diodes. Chemical Science, 15(17739–17759).

Basyouni, M. Z., Radwan, M. F., Abdu, M. E., & Spring, A. M. (2024). Concise Review of TADF: Basic Principles, Material Design, Prospective Applications, and the Role of ROMP in Polymer Synthesis. Proceedings of International Exchange and Innovation Conference on Engineering & Sciences, 10, 597-601.

Konidena, R. K., & Lee, J. Y. (2019). Molecular Design Tactics for Highly Efficient Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitters for Organic Light Emitting Diodes. The Chemical Record, 19(1499–1517).

Prabhu, K. C., & Naveen, K. R. (2023). Acceptor–donor–acceptor based thermally activated delayed fluorescent materials: Structure–property insights and electroluminescence performances. Materials Chemistry Frontiers, 8(769–784).

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