入孵项目---稀土敏化有机发光二极管项目

时间:2018-06-06      
 

    有机发光二极管(organic light-emitting diodes, 简称OLEDs)因为其独具魅力的自发光优势,又兼具轻、薄、柔软、可穿戴等梦幻般的照明与显示效果,因而在过去三十年里得到学术界与产业界的广泛关注。在过去十年里,以铱和铂配合物为代表的过渡金属配合物磷光材料表现优异,因为其理论上100%的内量子效率而成为OLEDs领域的研究热点,相关产品已经初步进入市场。然而,过渡金属配合物昂贵的价格严重制约了OLEDs产品的市场化进程,而且大部分过渡金属配合物及相关器件的专利被欧美国家所把持,非常不利于我国OLEDs产业的布局及发展。

    稀土配合物中稀土离子的发光既可利用配体激发的三重态能量,又可利用单重态的能量,因而其理论内量子效率同样接近100%;此外,稀土配合物的成本远低于其他过渡金属配合物磷光材料,因而具有明显的成本优势,所以稀土配合物比过渡金属配合物更早引起研究人员的注意。然而,稀土配合物较长的激发态寿命导致三重态激子淬灭严重,对应器件的整体性能难以提升到满足实际应用的水平;另外,稀土配合物较宽的能隙大幅提高器件设计的难度,所得器件普遍具有较高的工作电压,不利于器件工作寿命的提升。因而,在过去十年里,稀土配合物作为发光材料在OLEDs领域的研究及应用进展缓慢。

    稀土敏化有机发光二极管项目是吉林省化工新材料重大科技创新基地的入孵项目之一,隶属于中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室,中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室是国内为数不多始终坚持稀土配合物电致发光研究的团队之一,在科技部(863计划、973计划)、基金委、中科院、人社部及吉林省研究项目的资助下,潜心研究稀土配合物OLEDs工作机理及器件结构优化,重点探索载流子的注入、传输、分布及其对器件发光性能的影响。经过十多年持之以恒的锐意攻关,团队先后解决了大面积有机薄膜均匀生长、真空条件下三元微量掺杂及器件边缘效应等工艺技术难题。近年来,研究团队在前期理论研究基础上提出原创性器件设计理念,依据稀土配合物较长的激发态寿命和较宽的能隙,大胆采用稀土配合物作为敏化材料,打破常规地设计出新型高性能稀土/过渡金属配合物共掺杂OLEDs。借助三元微量掺杂技术将稀土配合物引入发光层中,通过精密控制稀土配合物的掺杂浓度使其起到载流子束缚中心与能量传递阶梯的作用,结合器件结构与制备工艺的优化,大幅提高了器件综合性能,获得了一系列新型红、绿、蓝、黄、白光稀土敏化OLEDs。依据相关研究成果,研究团队申请OLED领域发明专利47项(含PCT专利7项国际发明专利9项),目前已获授权24项,在审理20项。相关研究工作拓宽了稀土配合物在有机电致发光领域的应用范围,并实现了稀土配合物与过渡金属配合物的优势互补,为新型高性能有机电致发光器件的设计与优化提供了新思路。更为重要的是,研究团队依据相关研究成果初步构建了具有稀土特色的OLEDs器件专利体系,从源头上打破了欧美日韩国家在OLEDs领域的专利封锁及技术垄断,加强了我国在OLEDs领域的国际竞争力。

 近五年来,研究团队在前期基元器件的设计基础上重点进行大面积OLED面板制备与封装技术的攻关。通过优化电子及机械部件的设计,将掺杂剂的掺杂浓度精密控制在0.1%的精度范围内。通过设计独特的导电沉底刻蚀图案、有机/金属蒸镀掩膜板及封装盖片,解决了一系列技术难题,成功制备并封装了大面积蓝、绿、红、白光OLEDs面板,为将来的OLED产品中试积累了重要的技术经验。

 依据这些研究成果和工艺积累,获得科技部“区域中心”项目的资助(970万元),负责“稀土发光材料与器件研发平台”的建设,并设计建成800平米千级超净间。目前,“大面积稀土OLEDs器件湿法制备与封装设备”、“台阶&光学轮廓双模式薄膜膜层分析测试仪器”、“OPV性能检测设备”、“飞秒激光器”已经安装调制完毕,“大型空气敏感稀土材料与器件研发平台”、“大面积衬底刻蚀设备”、“稀土掺杂发光薄膜专用电荷迁移率测试系统”、“稀土发光材料EL瞬态发光光谱仪”、“大面积稀土掺杂柔性发光面板综合性能测试系统”等大型设备正在安装调试。建成后的研发中心具有开展OLEDs面板中试化研发的装备与技术实力。研究团队也在积极寻求合作伙伴,共同开发有机光电功能材料、有机光电子器件及器件制备封装设备。