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九州大学、新しい発光原理に基づく有機EL用新規発光材料を開発
九州大学 最先端有機光エレクトロニクス研究センター 安達千波矢教授らの
研究グループは、有機分子における一重項励起エネルギーと三重項励起エネ
ルギーの差を0.1eV以下に形成し、従来の常識では実現が困難であった新しい
熱活性型有機EL素子の作動に成功したことを発表した。同成果は、2月21日
(米国時間)に発刊された米国物理学会誌「Appl. Phys. Lett」(オンライン版)に
掲載された。
有機ELデバイスは、第2世代の発光材料である、りん光材料を用いることで、
高いEL発光量子効率が実現されているが、その発光中心には、Ir、Ptなどの
貴金属を含有する有機金属化合物に限定されている。一方、従来の第1
世代の発光材料である蛍光材料は、優れた高電流密度特性や材料選択の
多様性など多くの利点を有するものの、原理的に低い発光効率に留まっていた
こともあり、これらの問題点を解決できる新しい有機発光材料の開発が求め
られていた。
今回の研究では、有機分子における一重項励起状態と三重項励起状態の
エネルギー差を0.1eV以下に形成することで、従来では不可能であった高効率な
三重項準位から一重項準位への逆エネルギー移動を安価な芳香族化合物を
用いて実現した。新材料は、電子供与性の分子骨格と電子受容性の分子
骨格からなり、立体障害を巧みに取り入れた分子内CT状態を形成することで、
基底状態と励起状態の分子軌道の分離に成功した。
これにより、電流励起で形成された三重項励起子を一重項準位にアップコンバー
ジョンすることができ、有機ELデバイスにおける新たな発光機構を実現した。
この発光機構は、逆エネルギー移動の効率は30%に達しており、EL外部量子
効率として5%を超える値が確認されてたという。
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電流励起下での有機分子の励起過程。電気励起下では、一重項励起状態と
三重項励起状態が1:3の割合で形成される。一重項励起エネルギーと三重項
励起エネルギーのエネルギー差(ΔE13)を小さくすることができれば、逆エネルギー
移動が生じ、一重項励起状態からの高効率な遅延発光(熱活性化遅延蛍光
(TADF))が可能となる
これにより、第三世代の有機ELの発光材料の展開に道筋を拓かれたこととなる。
特に、安価な有機化合物でデバイスを構成できることは、大面積照明用途など、
価格競争力のある有機ELデバイスの実用化が期待できるほか、基礎科学の側面
からも新しい有機発光材料のカテゴリを築いたことになり、波及効果は大きいものと
考えられると研究チームでは説明する。
今後、さらなる材料開発によって一重項と三重項励起子のエネルギーギャップが
ゼロとなる有機発光材料の創出が進み、最終的には、100%の逆エネルギー移動が
実現できると期待されるほか、有機太陽電池や有機半導体レーザーなどの新たな
有機エレクトロニクスへの展開も進むことが期待される。
マイナビニュース 2011/02/28
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