（繁體中文標題：可調變之高效有機熱活化延遲螢光材料）
近年來，以純有機熱活化延遲螢光(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF)材料作為新一代放光主體的有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode, OLEDs)由於其特性可輕易由分子結構來調控以及有較低的製造成本的潛力，因此逐漸受到國際研究團隊的重視。然而，在分子設計的層面上，仍未有團隊探討過分子結構中電子受體(acceptor)的能力和其與π-架橋(π-linker)之間角度對整體分子特性及組件發光效率的研究。臺灣大學吳忠幟教授、汪根欉教授等人探討了一系列以9,9-dimethylacridine作為共同推電子基，以苯環作為π-架橋連接作為電子受體的含CN取代的含氮六元芳香環。分子內拉電子能力巧妙地由含氮芳香環特性、CN取代位置與數目及利用芳香環間鄰位的原子與原子間的立體作用力所造成的含氮芳香環與π-架橋之間角度進行調控，系統性地探究TADF行為與分子結構的關聯性，進而去探討其與組件效率之間的關係。論文發表在Adv. Funct. Mater.上，第一作者是博士生潘冠忠。
（繁體中文：近年來，以純有機熱活化延遲螢光(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF)材料作為新一代放光主體的有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode, OLEDs)由於其特性可輕易由分子結構來調控以及有較低的製造成本的潛力，因此逐漸受到國際研究團隊的重視。然而，在分子設計的層面上，仍未有團隊探討過分子結構中電子接受體(acceptor)的能力和其與π-架橋(π-linker)之間角度對整體分子特性及元件發光效率的研究。臺灣大學吳忠幟教授、汪根欉教授等人探討了一系列以9,9-dimethylacridine作為共同推電子基，以苯環作為π-架橋連接作為電子接受體之含CN取代的含氮六員芳香環。分子內拉電子能力巧妙地由含氮芳香環特性、CN取代位置與數目及利用芳香環間鄰位的原子與原子間的立體作用力所造成的含氮芳香環與π-linker之間角度進行調控，系統性地探究TADF行為與分子結構的關聯性，進而去探討其與元件效率之間的關係。論文發表在Adv. Funct. Mater.上，第一作者是博士生潘冠忠。）
在具有TADF特性的分子設計理念中，分子內的HOMO及LUMO要儘量減少重迭的比例，藉此降低單激發態(singlet, S1)與三重激發態(triplet, T1)之間的能階差異。藉由調控不同拉電子基團能力除了可以改變分子的發光波長外，我們也發現，隨著π-linker與拉電子基團之間的角度減少，拉電子基與苯環之間的共軛程度亦隨之增加，增強拉電子能力的同時也使分子本身單激發態(S1)與三重激發態(T1)之間的能階差異變小，意味著分子本身可進行TADF機制的機率上升，因此更能進一步地增加整體組件的發光效率。研究團隊所設計合成出的一系列純有機熱活化延遲螢光材料具有良好的熱電穩定性，並且分子內轉化率高達90-100%，顏色亦涵蓋全光譜色域。
（繁體中文：在具有TADF特性的分子設計理念中，分子內的HOMO及LUMO要盡量減少重疊的比例，藉此降低單激發態(singlet, S1)與三重激發態(triplet, T1)之間的能階差異。藉由調控不同拉電子基團能力除了可以改變分子的發光波長外，研究團隊也發現，隨著π-linker與拉電子基團之間的角度減少，拉電子基與苯環之間的共軛程度亦隨之增加，增強拉電子能力的同時也使分子本身單激發態(S1)與三重激發態(T1)之間的能階差異變小，意味著分子本身可進行TADF機制的機率上升，因此更能進一步地增加整體元件的發光效率。我們所設計合成出的一系列純有機熱活化延遲螢光材料具有良好的熱電穩定性，並且分子內轉化率高達90-100%，顏色亦涵蓋全光譜色域。）
搭配作者優化的組件結構，將此系列分子製作成OLED組件，其電致發光頻譜範圍幾乎可由深藍光延伸至黃光，並且在相當低的驅動電壓（～2.5 V）及操作電壓(亮度在100 nits時~3.5-4 V)下即可運作。OLED組件的內部量子效率可以達90-100%，其組件最大外部量子效率可以高達23.1-31.3%，是目前以TADF作為放光主體材料製作全彩化OLEDs中擁有高效率的系列分子。
（繁體中文：搭配作者的最佳化的元件結構，將此系列分子製作成OLED元件，其電致發光頻譜範圍幾乎可由深藍光延伸至黃光，並且在相當低的驅動電壓（～2.5 V）及操作電壓(亮度在100 nits時~3.5-4 V)下即可運作。OLED元件的內部量子效率可以達90-100%，其元件最大外部量子效率可以高達23.1-31.3%，是目前以TADF作為放光主體材料製作全彩化OLEDs中擁有高效率的系列分子。）
該論文作者為：Kuan-Chung Pan, Shu-Wei Li, Yu-Yi Ho, Yi-Jiun Shiu, Wei-Lung Tsai, Min Jiao, Wei-Kai Lee, Chung-Chih Wu, Chin-Lung Chung, Tanmay Chatterjee, Yung-Shin Li, Ken-Tsung Wong, Hung-Chieh Hu, Chung-Chia Chen, Meng-Ting Lee
原文（掃描或長按二維碼，識別後直達原文頁面）：
Efficient and Tunable Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitters Having Orientation-Adjustable CN-Substituted Pyridine and Pyrimidine Acceptor Units
Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 7560-7571, DOI: 10.1002/adfm.201602501
研究團隊介紹
潘冠忠，出生於臺灣宜蘭，2014年於國立清華大學（臺灣）材料科學與工程學系拿到學士學位；目前於臺灣大學電子工程學研究所就讀博士班，在吳忠幟教授實驗室中進行研究，主要探討熱激活化延遲螢光材料之光物理特性及有機發光二極體之組件製作。
（繁體中文：潘冠忠出生於臺灣宜蘭，2014年於國立清華大學材料科學與工程學系拿到學士學位；目前於臺灣大學電子工程學研究所就讀博士班，在吳忠幟教授實驗室中進行研究，主要探討熱激活化延遲螢光材料之光物理特性及有機發光二極體之元件製作）
吳忠幟教授，臺灣桃園人，1990臺灣大學學士，1997年Princeton大學博士。目前是臺灣大學電機系/光電研究所/電子研究所特聘教授，國際信息顯示學會(SID) Fellow。專長及研究領域為有機光電組件、有機發光組件、顯示科技等。
（繁體中文：吳忠幟教授，臺灣桃園人，1990臺灣大學學士，1997年Princeton大學博士。目前是臺灣大學電機系/光電研究所/電子研究所特聘教授，國際資訊顯示學會(SID) Fellow。專長及研究領域為有機光電元件、有機發光元件、顯示科技等）
http://www.x-mol.com/university/faculty/35083
汪根欉教授，臺灣臺北人，1989輔仁大學學士，1993臺灣大學博士，現任臺灣大學化學系教授。核心研究主題涵蓋功能性有機光電分子之設計、合成與結構鑑定、分子材料各項物理與化學之特性分析、固態分子材料之光電特性探討、以及跨領域地合作進行有機光電組件之研製及效能量測分析等廣泛的範疇，透過系統性的材料基礎性質的分析研究進以突顯分子材料之良好性質，並充分利用這些材料的特性到實際光電組件應用進行廣泛而深入的探討。
（繁體中文：汪根欉教授臺灣臺北人，1989輔仁大學學士，1993臺灣大學博士，現任臺灣大學化學系教授。核心研究主題涵蓋功能性有機光電分子之設計、合成與結構鑑定、分子材料各項物理與化學之特性分析、固態分子材料之光電特性探討、以及跨領域地合作進行有機光電元件之研製及效能量測分析等廣泛的範疇，透過系統性的材料基礎性質的分析研究進以突顯分子材料之良好性質，並充分利用這些材料的特性到實際光電元件應用進行廣泛而深入的探討。）
http://www.x-mol.com/university/faculty/35082
科研思路分析
Q：這項研究的最初目的是什麼？或者說想法是怎麼產生的？
A：OLEDs一直以來就是有機電子(organic electronics)研究中最受矚目的項目之一，在人們不斷努力發展過程中，隨著時光的演進，從最初的純螢光分子的第一代到含貴重金屬的磷光分子的第二代，終使OLED技術能商業化。以材料的發展趨勢而言，最終還是要回到具有極佳成本優勢的有機分子為主，其中以具有 TADF機制的放光體最受矚目。然而，過去關於如何設計TADF分子的探討，比較缺乏系統性研究，文獻中已報導過含CN取代的苯環可以作為TADF分子的電子受體，而CN取代的含氮芳香環則少有報導。因此我們希望藉由探討一系列利用一個相同的推電子基(9,9-dimethylacridine)與不同拉電子基團以及其與中間橋接體之間的角度關係，清楚地了解TADF特性與分子結構之間的關聯性。
（繁體中文：OLEDs一直以來就是有機電子(organic electronics)研究中最受矚目的項目之一，在人們不斷努力發展過程中，隨著時光的演進，從最初的純螢光分子的第一代到含貴重金屬的磷光分子的第二代，終使OLED技術能商業化。以材料的發展趨勢而言，最終還是要回到具有極佳成本優勢的有機分子為主，其中以具有 TADF機制的放光體最受矚目。然而，過去關於如何設計TADF分子的探討，比較缺乏系統性研究，文獻中已報導過含CN取代的苯環可以作為TADF分子的電子受體，而CN取代的含氮芳香環則少有報導。因此我們希望藉由探討一系列利用一個相同的推電子基(9,9-dimethylacridine)與不同拉電子基團以及其與中間橋接體之間的角度關係，清楚地了解TADF特性與分子結構之間的關聯性。）
Q：在研究中過程中遇到的最大挑戰在哪裡？
A：1. TADF分子需要電子予體與受體間微妙的結合才能達成。其中拉電子基團的選擇至為關鍵，要利用何種的拉電子基團與既定的予體配對才能製作出高效率的TADF分子，進而才能系統性的探討其TADF特性與分子結構之連帶關係。
2. 除了材料本身特性極佳之外，要得到高效率組件，在組件的製程上需要相當純熟的製作技巧。因此，需要熟悉組件製程與技巧才能順利達成。
（繁體中文：1. TADF分子需要電子予體與受體間微妙的結合才能達成。其中拉電子基團的選擇至為關鍵，要利用何種的拉電子基團與既定的予體配對才能製作出高效率的TADF分子，進而才能系統性的探討其TADF特性與分子結構之連帶關係。
2. 除了材料本身特性極佳之外，要得到高效率元件，在元件的製程上需要相當純熟的製作技巧。因此，需要熟悉元件製程與技巧才能順利達成。）
Q：本項研究成果最有可能的重要應用有哪些？哪些領域的企業或研究機構最有可能從本項成果中獲得幫助？
A：在TADF分子的設計上設立一個明確的方向，可以加速TADF OLEDs的未來發展與研究。OLED 材料的製作機構最有可能從本項成果中獲得新穎分子結構設計的啟發。再者，這些可以全彩化的分子對於組合白光照明組件的設計搭配，給予了更多樣性的選擇。
（繁體中文：在TADF分子的設計上設立一個明確的方向，可以加速TADF OLEDs的未來發展與研究。OLED 材料的製作機構最有可能從本項成果中獲得新穎分子結構設計的啟發。再者，這些可以全彩化的分子對於組合白光照明元件的設計搭配，給予了更多樣性的選擇。）
Ｑ：對於這系列分子，未來有什麼是值得更進一步研究探討，並且深入分析的方向？
Ａ： 目前TADF 為主的OLED研究最大的挑戰是組件的可靠度，即組件使用壽命。使用壽命除了組件的結構設計之外，最重要的還是取決於材料本身能否具有足夠的穩定度。因此，我們未來進一步研究的方向，是如何使材料具有高效率TADF特性之外，同時兼備良好的材料穩定性。
（繁體中文：目前TADF 為主的OLED研究最大的挑戰是元件的可靠度，即元件使用壽命。使用壽命除了元件的結構設計之外，最重要的還是取決於材料本身能否具有足夠的穩定度。因此，我們未來進一步研究的方向，是如何使材料具有高效率TADF特性之外，同時兼備良好的材料穩定度。）