産総研ら,次世代有機ELの発光原理を解明


産業技術総合研究所(産総研)と九州大学は共同で,次世代型の有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)素子用の発光材料として注目される熱活性化遅延蛍光(TADF)を出す分子(TADF分子)の発光メカニズムを解明した(ニュースリリース)。

有機ELは,有機分子が電流によってエネルギーの高い励起状態になり,それがエネルギーの低い基底状態に戻る際に発光する現象を利用している。TADFは,室温の熱エネルギーの助けを受けて有機EL分子が放出する蛍光のことで,現在の有機ELに不可欠な希少金属が不要なことから低コスト化,高効率化の切り札とされている。

TADF発光には分子の二つの励起状態が関わり,それらの状態間のエネルギー差ΔESTが室温の熱エネルギー近くまで小さいほど,発光効率が高いと考えられている。しかし,室温の熱エネルギーではTADFの発光が困難なはずの分子でも,100%に近い高い発光効率を示す事例が報告されるようになり,発光メカニズムの詳細な解明が求められていた。

今回,産総研が開発した先端分光技術を駆使して,九大が開発したさまざまなTADF分子の発光過程を調べ,TADF発光メカニズムの詳細を解明し,発光効率を大幅に高める分子構造の特徴を突き止めた。

今回解明したメカニズムは,次世代有機EL材料の新しい設計指針として貢献するとともに,次世代材料を用いた低コストで高効率な有機ELディスプレーや有機EL照明などの普及への貢献が期待されるとしている。

研究グループは今後,過渡吸収分光装置の高度化と並行して,TADF分子の励起状態変換過程を更に詳細に観察し,励起状態の変換が高効率に起こるTADF分子の体系的な設計指針を構築する。また,これらの知見をTADF分子の設計にフィードバックし,高い発光効率と耐久性を併せ持つTADF材料の開発を支援するという。

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