OLED材料一直是中國OLED產業發展的短板。而規避國外技術專利封鎖，探索新的發光材料是可行的發展路徑。在2022廣東省半導體產業技術峰上，中國科學院院士、香港中文大學（深圳）理工學院院長唐本忠以“聚集誘導發光材料（AIEgens）——中國原創助力OLED產業發展”為主題，分享了聚集誘導發光材料在制造新型高效有機發光二極管材料與器件上的應用。
中國科學院院士、香港中文大學（深圳）理工學院院長唐本忠
唐本忠院士表示，“光”的研究是重大的基礎科學發現，是改變生活的技術創新。他介紹，有機發光材料通常在固態和水相使用，主要應用于大型屏幕、柔性顯示、節能照明；而疏水共軛分子在固態和水相自然聚集，主要應用于成像示蹤、健康診療、疾病防治等。
分子聚集如何影響有機材料的發光過程（顏色和效率等）？唐本忠院士表示，作為一個寫入教科書的光物理學常識，聚集導致發光猝滅 (ACQ) 效應，即有機發光體溶液的一個普遍現象，濃溶液中發光體聚集導致發光減弱→聚集猝滅發光， 固態時發光體濃度最高。因此，聚集猝滅發光效應最強。簡單來說，隨著水的加入，分子開始聚集，發光逐漸減弱，直至徹底消失。
然而，唐本忠院士介紹，其研究團隊提出了中國原創概念——聚集誘導發光 (AIE)。AIE概念的提出顛覆了人們關于發光材料“聚集導致發光猝滅”的傳統認識，為高效聚集態/高效發光材料的設計提供了一條新的思路，因而得到了國際上化學、材料、生物、醫學等領域科學家的廣泛關注。即：隨著水的加入，分子開始聚集，發光逐漸增強，直至閃閃發光。
他介紹，AIE工作機理是從討厭聚集到利用聚集，采用分子結構可設計，發光顏色覆蓋紫外-紅外波段，可調節聚集態發光量子效率。他認為，AIE分子是新材料賽場上的“全能運動員”，可應用于智能材料、液晶顯示、發光二極管、有機光波導、爆炸物探測、指紋檢測、化學傳感器、食品質量監測、細菌甄別、細胞追蹤、細胞器影像、血管成像等。聚集誘導發光的研究榮獲2017年度國家自然科學獎一等獎。
唐本忠院士重點介紹了聚集誘導發光材料在半導體方面的應用——有機發光二極管材料上的應用。他表示，盡管中國在OLED器件及面板設計和工藝、OLED顯示驅動IC取得了一定的進展，但發光及功能層材料仍然屬于“卡脖子”環節。他介紹，目前OLED主要基于復合發光機制做了探索與應用，主要采用熱激活延遲熒光(TADF)材料，但此類有機材料非常貴，也不太穩定，比如TADF一旦溫度過高效率就降下來了。而聚集誘導發光材料即使溫度很高，效率和亮度都很高。因此，AIE材料解決固態發光效率問題，有望提高OLED器件性能的“上限”。
他表示，基于聚集誘導延遲熒光(AIDF)概念可實現高效發光，提高材料激子利用率；抑制高電壓下激子湮滅；高效率低滾降OLED器件。其中，效率最高的黃光OLED材料，非摻雜器件效率：73 cd/A, 81 lm/W, 22.6%；@1000 cd/m2：效率滾降幾乎為零；器件亮度：100,000 cd/m2以上；激子利用率：~100%。
效率最高的天藍光OLED材料，摻雜器件效率：73 cd/A, 68 lm/W, 38.6%；@1000 cd/m2：效率滾降幾乎為零；器件亮度：10,000 cd/m2以上；激子利用率：~100%。
他還介紹，基于聚集誘導發光交叉長短軸策略實現高效深藍及藍紫光，其中長軸構筑穩定局域態發光實現光色控制，短軸實現激子注入和類型轉化；提高AIE聚集體水平偶極取向實現高效光取出；AIE聚集體高能級反隙間穿越提高激子利用率；AIE聚集體層間敏化機制構建高性能白光OLED。
唐本忠院士也分享了其團隊在產業化方面做的努力，希望通過建立轉化型“高等研究院”，以AIE研究為研究主線，闖出一條真正中國特色的、世界公認的從“原始創新”到“應用轉化”的新路。以材料學研究為基礎，不斷向外拓展生物學、醫學、環境學等應用，整合設備制造、智能分析和大數據云平臺資源等，實現AIE的成果在廣州落地生根，并結出碩果，打造中國的“貝爾實驗室”。
2022廣東省半導體產業技術峰會錄播
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