下一代有机发光材料，为何看好TADF？

来源:半导体行业观察发布时间:2023-07-112059浏览

来源：内容来自之路资本。

安達千波矢（Chihaya Adachi）教授为日本九州大学有机光电研究中心（OPERA）主任，全球有机电子领域研究的先驱研究者之一，主要研究领域为有机光电、有机半导体器件物性、有机光物理化学等。安達教授一直致力于热活化延迟荧光（Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF）的发光材料的理论研究和产业化生产。1991年博士毕业于九州大学材料科学与技术专业，在回九州大学任教前，他曾先后在日本信州大学、美国普林斯顿大学和日本千岁科学技术大学任职。

2012年安達教授课题组通过将TADF材料做辅助掺杂剂制备了有机器件，使其内部量子效率（注释1）高达100%，因此业内也称TADF材料为第三代有机发光材料。安達教授关于TADF技术的相关论文于2012年在《Nature》杂志上发表。2023年5月，安達教授被日本政府授予紫绶带奖章，表彰他的研究成果对显示产业的推动做出的巨大贡献。

图：安達教授关于TADF研究成果的论文在《Nature》发表，并被多次引用

基于九州大学和哈佛大学研究成果的独家许可，安達教授于2015年参与共同创立了Kyulux, Inc. —— 一家致力于OLED显示器和照明用发光材料开发和研究的新创公司。Kyulux公司目前已经在开发和销售基于TADF / Hyperfluorescence技术的下一代有机发光材料。对比传统磷光发光技术，这些有机发光材料不含铱等稀有金属，但是同样可用于经济高效，长寿命OLED显示器的制造。

图：安達教授应京东方邀请在BOE IPC·2023大会发表演讲

之路资本分别于2020年和2023年参与了B+和C轮融资，并一直积极帮助Kyulux拓展国内市场，寻求国内合作伙伴。本月初，应BOE（京东方）邀请，安達教授来到北京，参加了BOE全球创新伙伴大会·2023（BOE IPC·2023）并发表主旨演讲。之路资本也应邀参会，并趁此机会邀请安達教授与我们一起进行了一次独家对话。在此，我们记录下了这次干货满满的对话，以飨读者。

之路资本：安達教授，您长年从事OLED材料的研究工作，特别是在进行有机热激发延迟荧光(TADF)材料和器件的原创研究方面取得了巨大成就，您最初研发TADF的契机是什么？有哪些重要的节点性事件？

安達教授：在我的学生时代，有机电子学的研究还处于黎明期。大部分人持悲观态度，由于有机物通电后易燃、怕水、怕氧气等各种原因不愿使用有机物来制作电子器件。但我本人觉得有机半导体很有趣，且30年前的日本正处于产业快速发展期，营造出了一个自由的环境，让大家有机会研究自己喜欢的东西。真正让我确定研究方向的，是在大学三年级时候的一个讲座。当时东京理化研究所的老师来学校做讲座，他说有机半导体大多都是P型，基本没有N型。那么如果我找到了能够成为N型的有机物，将是一个很厉害的事情。因此我在硕士期间一直专注于N型有机材料的研究。在研究中最难的是确定选题，如果找到了一个好题目，那么研究就完成了一半，这是作为研究者最重要的一个能力。现在的学生更喜欢做一些马上就能出成果的研究，希望老师能帮自己选一个题目。当然如果能兢兢业业做下去对于学生来说也算是成长，但是之后如果真正成为一名研究者，选题就成为了一个难题。研究TADF的最大转机是我在普林斯顿大学的时候，正值第二代发光材料磷光的研发。Stephen Forrest教授创立了OLED显示材料公司Universal Display Corporation (简称UDC，纳斯达克股票代码：OLED)，聚集了一大批优秀的人，比如曾在某半导体大厂任职的Forrest教授的学生来担任CEO以及美国著名的律师来帮教授梳理知识产权等。对于一个如此早期的技术，能够得到这么多人的支持，对我来说是极为震撼的。见证了UDC的快速成长后，我也希望自己能做出这样的成果，因此回到日本之后，我立志于做出属于自己的新的原创研究。北海道的冬天很冷，大约零下二十度，正好可以让我专注于研究。现在回想起来，对于研究者来说，持续地埋头思考是非常重要的，北海道正是这样一个经历，那段时间我有很多成果，TADF就是其中一个。那时还有一个重要的事件，日本麻生首相大力支持技术创新，在全国范围内挑选了30名研究人员，每人给予30亿元的研发费用。我非常幸运地得到了这笔资金支持，在2010年的时候正式开始了TADF的研究。TADF最初的外部量子效率（EQE）只有百分之零点几，团队用了两年的时间，也就是在2012年的时候，让EQE达到了将近100%。

之路资本：TADF材料对于OLED来说，具有哪些划时代的意义？现在的研发进展如何？

安達教授：TADF最厉害的地方在于不使用任何贵金属，而第二代磷光材料必须使用铱等贵金属。贵金属的使用从资源的角度是一个问题，更重要的是在中间有重金属的情况下设计配体，分子结构会有较大的局限性，从而引发一系列问题。TADF是一种非常纯粹的碳化合物，只包括碳、氢、氮、氧和少量的硫。同时成本低、设计自由度也很高。化学家看到TADF的结构之后都很感兴趣，觉得可以研究的空间非常大。就像搭乐高一样，TADF就是基础的乐高积木，化学家可以利用TADF搭出各式各样的东西。当然，100%的电光转换也很重要，另外寿命、蓝光等问题现在也逐渐被解决。TADF的基础研究在九州大学进行，产业化的研发在Kyulux进行，科学和技术这两者的研发需要共同进行。相比于性能提升，我们在大学更专注于在科学的层面进行机制的研究和解释。Kyulux在材料设计遇到困难的时候，如果能够从科学的角度搞清楚机制的问题，那么就有可能有助于性能提升。比如反系间窜越（RISC）速度的提升、TADF下一步需要用到的技术等等。我们正在做能够达成蓝光、高寿命、高效率等目的的分子设计。我大约每年写50篇论文，因为科学是无止境的，就算觉得TADF大概明白了，也总是有些新的理论新的概念出来，需要继续深入研究。

之路资本：TADF除了在OLED领域，在其他的发光领域、半导体领域甚至能源领域是否有应用的可能？

安達教授：TADF的原理也可以用在现代近红外光谱（NIR）中，例如在感知领域，汽车传感器的光源就值得深入研究。NIR的寿命很好，所以商品化和产业化的可能性很高。从本质上来说，这就是供体和受体的组合。通过控制供体和受体的强度，电子间的相互作用就会发生变化。通过利用不同的电荷移动状态，有时候形成发光材料，有时候会形成热电激子。用候鸟来举例，候鸟通过感受地球磁场判断南方和北方，它们感受地磁的器官和TADF的机制很像，根据地磁的不同，单重态、三重态的平衡发生变化，候鸟就可以判断是南方还是北方。所以不仅仅局限于发光材料，像刚才提到的传感器、甚至在超导领域都有应用的可能。我希望我的研究室的同学们，尤其是年轻的同学们，能够在这些领域进行深入的研究。

之路资本：OLED材料未来的发展方向是什么？

安達教授：电子迁移率较低是一个重要的瓶颈。有机材料的分子结构是比较孤立的。例如硅会形成共价键，所以电子的移动速度很快。但是有机物的分子之间的相互作用不强，电子在移动的时候障碍比较大。因此现在的OLED是薄膜结构，只有不到100纳米厚，给这样的薄膜加上10V的电压，就相当于每厘米施加百万V的电压，电场强度非常高。如果用某种方法，可以在低压的情况下就能让电子有效移动的话，那会是一个非常大的突破。

之路资本：在Kyulux孵化和发展的过程当中，作为材料的发明人、行业内的推动者和公司的创始人和顾问，您在其中扮演的角色和负担的责任是什么？

安達教授：我是Kyulux的联合创始人，现在担任公司的科学顾问，主要的职责是在Kyulux研发中遇到问题的时候给出自己的建议，我们的互动还是非常频繁的。从大学教授创业的角度，我认为或者是全职在公司创业，或者是全职留在学校。如果同时保留大学的职位，又同时在企业中参与过多的话，那大概率是会失败的。普林斯顿的Forrest教授也是在UDC刚刚创立的时候全职加入，公司步上轨道之后就回到了学校继续全职教学和研究。大学的基础研究是非常耗费精力的，建议老师们把科研和创业分开，找一个自己信赖的人来负责公司的运营。

之路资本：TADF材料从实验室成果到成立公司进行商品化和产业化的过程中，您有何心得体会？成果转化的经历对您科学研究有什么影响？以及两者是如何相互反哺的？

安達教授：Kyulux的伙伴们都很努力，TADF材料目前性能上已经达到了一定的高度，现在需要提升自己市场营销的能力。例如和京东方的合作，需要更加频繁地和客户沟通，取得客户的信任，了解客户的需求，才能取得商业上的进展。

研究成果的商业化对于科学研究有重大的意义。只有成功商业化的技术才能一直生存下去。OLED的商用证明了有机物通电后可以制作发光器件，那么TADF未来是否能够成功商用对于TADF本身来说是一个巨大的分水岭。半导体技术发展至今，正是因为在生活中不断地被使用，才能够不断进步，因此研究成果的技术和商业转化对于科学是非常重要的。

之路资本：您与中国有哪些合作，包括高校、科研机构、商业领域等？

安達教授：我目前担任CCS Chemistry的副主编，负责论文评审等工作。主编张希院士投入了很多精力，希望能把CCS Chemistry做成世界一流的杂志。虽然期刊现在七成左右是国内的文章，海外投稿占比较少，但影响因子已经超过11，相信未来会发展得越来越好。

之路资本：您对中国的材料科学未来的发展有哪些建议？需要从哪些方面着力？

安達教授：我认为最重要的是沉下心来独立思考。牛顿取得重大发现也是在伦敦发生瘟疫之后，回家自己一个人思考的那段时间。所以我希望大家可以试一试，哪怕只有一个月的时间，关掉手机，一个人思考新的课题，包括有哪些未解决的问题、现阶段的解决方法是什么、还有哪些潜在方法等。大学生即使失败也不需要负任何责任，即使最后没有任何成果，只要是认真做了原创的研究，都值得被肯定。

访谈人：之路资本刘冬蕾

图：左2至左6：之路资本管理合伙人陈煜辉博士；清华大学化学系段炼教授；清华大学教授、吉林大学校长、中国科学院张希院士；之路资本管理合伙人薛军；九州大学安逹千波矢教授在清华大学化学系门口合影

「结语」

与安達教授认识和交谈的时间并不长，教授一直用很平淡的语气在跟我们传达着他对基础科学研究的热爱和执着。正如有“信息时代的教父”之称的范内瓦·布什在他的书里提到的：基础研究是“在不考虑实际需求情况下”对基础知识的寻求，基础研究填补的是一口井，而这口井是“所有实用知识的来源”，是“技术进步的引领者”。今天我们看到了一个孜孜不倦、锲而不舍的“挖井人”。这也是为什么之路资本坚定的选择了安達教授和Kyulux，因为我们相信——“基础科学研究是一切创新的源泉”。

注释1：当光子入射到光敏器材的表面时，部分光子会激发光敏材料产生电子空穴对，形成电流，把收集到的电子(经过内部电子空穴复合等过程)与所有入射的光子数之比称为外量子效率(External Quantum Efficiency, EQE）。对于发光二极管而言，其外量子效率等于单位时间内于平面内发出的光子数与单位时间内于平面内注入的电子-空穴对的比值。EQE越高，说明光电器件对光的利用效率越高，能够更有效地将光能转化为电能。EQE是评估光电器件性能的重要指标之一。

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