亚洲大学开发无稀有金属蓝色有机磷光材料，改善OLED残影问题

CINNO R es e arch 产业资讯，亚洲大学11 月 9日发布消息 称， 应用化学系、研究生院分子科学技术学科的许正茂 教授团队，提出了一种蓝色室温磷光分子设计原理，无需稀有金属，即可实现微秒（μ s，百万分之一秒）级的超快发光。

该成果有望用于低残像下一代显示器、精密生物成像材料开发等领域。

本研究由亚洲大学联合美国密歇根大学金振相教授、首尔大学权敏相教授课题组共同完成。

发光物质主要分为荧光与磷光两类，二者发光时长存在差异。荧光是物质吸收光能进入激发态（高能状态）后，立刻发光并回到基态；移除光源后，光线会在极短时间内消失，荧光灯就是典型代表。

磷光则是物质吸收光能后，激发态能量先经过 “三重态”（一种能量滞留的激发态），再以光的形式释放。即便撤走光源，能量仍会缓慢转化为光持续放出，因此可以持续发光一段时间，夜光贴纸、安全出口标识牌都属于这类例子。

磷光在显示领域至关重要。OLED通电后产生的激发能量中，约75%处于三重态；荧光材料无法将这部分能量转化为光，但磷光材料可以加以利用。

目前OLED的红、绿光发光层，普遍使用掺杂铱（Ir）等贵金属的磷光材料。重金属原子会强烈诱发“自旋-轨道耦合（电子自旋与轨道运动相互作用的现象，原子越重该效应越强）”，让原本很难发生的三重态发光，在数微秒内快速完成。但铱是地球上十分稀缺的元素，价格高昂，同时还存在毒性与稳定性问题。尤其是高能级的蓝色磷光材料，被公认是最难保障稳定性的方向。

因此，完全由有机分子构成、不含金属的 “纯有机磷光体” 成为备受关注的替代方案。但它的短板在于发光速度：缺少重原子时，三重态辐射跃迁过程非常缓慢，有机磷光寿命大多在数毫秒（ms，千分之一秒），甚至长达数秒。长余辉特性适合夜光标识、防伪油墨；但对于需要高速刷新画面的显示器来说，会产生残像，同时堆积的三重态激子相互湮灭，造成能量效率下降。

过往有机磷光研究大多聚焦于抑制分子振动，实现 “让光持续不熄灭”；虽然也有研究追求加快发光速度，但很少提出一套不依赖特定晶体堆积、可通用的分子设计准则。

研究概念示意图。分子两端两个羰基（红色原子）反向扭曲的晶体（左侧），磷光寿命为 80 微秒；同向扭曲的晶体（右侧）寿命仅 15 微秒，速度提升约 5 倍。研究团队将这种有利构型通过环结构 “锁定” 在分子内，最终在透明塑料薄膜中实现了约 12 微秒的高速蓝色磷光。（来源：亚洲大学）

为开发高速有机磷光材料，联合课题组把研究重点放在分子内部空间排布对发光速率的影响上，并选用二溴对苯二甲酸衍生物（MeBrTPA）作为实验模型分子。MeBrTPA 结构为：六边形苯环两侧各伸出一个羰基（C=O），旁边连接重原子溴（Br）；两个羰基的扭转方向可以改变，相同分子在不同制备条件下能够形成两种不同晶体结构，非常适合对照实验。

研究团队对两种晶体进行分析：双臂同向扭曲的晶型（Form I）、双臂反向扭曲的晶型（Form II）。两种晶体均可发出波长约450纳米的蓝光，但发光速率差异明显：Form I磷光寿命15微秒，Form II 为80微秒，前者速度约为后者5倍。

另外3种改变分子末端链长的同类衍生物（乙基、丁基、己基衍生物）全部形成 Form II结构，磷光寿命在120–210微秒，发光都偏慢。即便扭转角本身很大，也同样速度缓慢。由此团队发现：相比扭转角的大小，扭转方向才是决定性因素。该机制被命名为“定向羰基取向（Directional Carbonyl Orientation, DCO）”。

课题组借助量子化学计算解析DCO机制：当双臂反向扭曲时，分子呈对称结构，连接发光激发态与基态（能量最低的稳定态）的自旋-轨道耦合几乎抵消归零。自旋-轨道耦合相当于被困在三重态里的能量向外发光的 “通道”，耦合几乎为零时，能量只能缓慢逸出，发光变慢。

反之，双臂同向扭曲会打破原有对称性，自旋-轨道耦合强度提升数百倍，发光速度随之大幅加快。

团队同时证实，晶体中相邻分子的堆积方式也会影响发光通路。但晶体里分子的堆积构型很难人为精准控制。

为此，研究团队直接把性能优异的构型固化进分子骨架：将两个连有溴原子的对苯二甲酸单元，用短链连成环状结构，设计出可以固定双臂同向扭曲构型的新型分子CyclicBrTPA。

新型磷光分子CyclicBrTPA：把晶体中性能优异的 “同向扭曲” 构型用环结构锁定。将少量该分子掺杂进透明 PMMA 塑料薄膜后，无需结晶，即可实现约12微秒的高速蓝色磷光。（来源：亚洲大学）

将该分子以0.01%~1% 的低掺杂比例混入作为固态基质的透明丙烯酸树脂（PMMA）薄膜，在无晶体的非晶态下，依然得到寿命约12微秒的蓝色磷光；掺杂浓度变化100倍，发光效率与速率几乎保持稳定，证明非晶态也能够实现高速磷光。不过该分子在溶液中常温下不发光，仍然需要固态基质来固定分子构象。该发光速率可以和已报道的各类高速纯有机磷光材料对标，并且实现了难度很高的蓝光发射，具备重要价值。

该成果有望应用于下一代OLED发光材料：磷光快速衰减能够减少画面残像、缓解效率衰减；同时降低对稀有金属的依赖，减轻原料成本与供应链压力。

它在生物成像领域同样具备潜力：生物组织、细胞受光激发后，通常产生纳秒（ns，十亿分之一秒）级背景荧光；使用微秒级寿命的磷光标记物，可以在背景荧光完全消退之后再采集信号，从而获得信噪比更高的清晰影像。

新分子仅需少量掺杂在塑料薄膜中即可发挥作用，因此也可拓展到柔性显示、光传感器、防伪标识等需要涂层、印刷工艺的场景。

许正茂教授表示：“以往有机磷光研究大多致力于束缚分子运动，防止发光淬灭。本研究的意义在于，仅依靠分子内两个羰基的扭转方向这一简单结构要素，提出了一套提升发光速率的全新设计原理。我们将晶体中发现的有利构型内嵌到分子结构中，在塑料薄膜体系实现了高速蓝色磷光，有机会落地到实际材料开发。当然，想要器件化，还需要后续研究进一步提升发光效率，但这项工作拓宽了下一代显示与生物成像技术的可选路线。”

该研究成果于上月6日刊登于化学领域国际期刊《Angewandte Chemie International Edition（应用化学国际版）》。亚洲大学许正茂教授为第一作者兼通讯作者；密歇根大学朴知贤、禹浩哲研究员、Adam M. Matzger教授，首尔大学权龙焕研究员为共同作者；密歇根大学金振相教授、首尔大学权敏相教授担任共同通讯作者。

本研究得到KLA-Tencor公司以及亚洲大学校内科研经费支持；部分测试分析在密歇根大学材料分析中心（MC²）完成；部分共同作者获得美国能源部（DOE）资助。

中国AMOLED显示材料市场分析报告（大纲）

第一章 OLED显示行业发展概述

一、 OLED显示行业基本介绍

1. OLED产品分类

2. OLED基本结构

3. OLED发光原理

4. OLED发展历程

二、 AMOLED显示行业产业链分析

1. AMOLED显示面板整体材料结构分析

2. AMOLED显示面板制造生产工艺流程分析

第二章 全球中小尺寸AMOLED显示材料市场发展现状及趋势

一、 全球中小尺寸AMOLED显示面板市场发展综述

1. 2018-2025年全球中小尺寸AMOLED显示面板市场需求分析

1.1 智能手机

1.2 笔记本电脑

1.3 车载显示

1.4 可穿戴

1.5 其他

2. 2018-2025年全球中小尺寸AMOLED显示面板市场供应分析

2.1 韩国

2.2 中国大陆

2.3 其他

3. 全球AMOLED显示面板重点企业分析

3.1 三星显示SDC

3.2 乐金显示LGD

3.3 京东方BOE

3.4 TCL华星CSOT

3.5 天马集团Tianma

3.6 维信诺Visionox

3.7 和辉光电Everdisplay

3.8 信利Truly

3.9 友达光电AUO

3.10 日本显示器JDI

3.11 夏普Sharp

二、 全球中小尺寸AMOLED显示材料市场发展现状和趋势

1. 全球中小尺寸AMOLED发光层材料市场规模分析

1.1 2018-2025年全球中小尺寸AMOLED发光层材料市场规模预测

1.2 2019-2020年全球中小尺寸AMOLED发光层材料供应商出货量排名

1.3 2019-2020年全球中小尺寸AMOLED发光层材料供应商营收规模排名

2. 2018-2025年全球中小尺寸AMOLED共通层材料市场规模预测

2.1 2018-2025年全球中小尺寸AMOLED共通层材料市场规模预测

2.2 2019-2020年全球中小尺寸AMOLED共通层材料供应商出货量排名

2.3 2019-2020年全球中小尺寸AMOLED共通层材料供应商营收规模排名

第三章 中国AMOLED显示材料市场竞争格局分析

一、 中国AMOLED显示材料厂商市场竞争格局分析

1. 中国AMOLED发光层材料厂商市场规模分析

1.2 2019-2020年中国中小尺寸AMOLED发光层材料供应商出货量排名

1.3 2019-2020年中国中小尺寸AMOLED发光层材料供应商营收规模排名

2. 中国AMOLED共通层材料厂商市场规模分析

2.2 2019-2020年中国中小尺寸AMOLED共通层材料供应商出货量排名

2.3 2019-2020年中国中小尺寸AMOLED共通层材料供应商营收规模排名

3. 中国AMOLED显示材料供应商市场竞争格局分析（司南理论分析模型框架）

3.1 市场渗透力分析

3.2 产品竞争力分析

3.3 技术延展力分析

3.4 资源整合力分析

3.5 综合运营力分析

二、 中国AMOLED显示材料供应商产业地图

1. 华东地区

2. 华北地区

3. 华中地区

4. 华南地区

第四章 总结和建议

一、 产业机遇与相关建议

二、 产业挑战与相关建议

三、 其他

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