茨城大ら,有機EL用高効率青色蛍光体を開発

茨城大学,九州大学,京都大学の研究グループは,酸素原子を導入した有機ホウ素化合物を活用することで,優れた発光効率と色純度を併せ持つ有機EL用の青色蛍光体の開発に成功した(ニュースリリース)。

ありふれた元素のみを使って,蛍光発光体でありながらIQEが100%に達する,熱活性化遅延蛍光(TADF)を活用した有機ELが活発に研究されている。青色のTADF材料に関しては,①色純度向上のための発光の尖鋭化,②高輝度時の発光効率低下(ロールオフ)の抑制,③EL素子の長寿命化,が実用化における課題となっている。

今回,研究グループでは,ラダー構造を持つ有機ホウ素化合物と芳香族アミンとを連結したドナー・アクセプター型分子である,MCz-BOBOとMCz-BSBSという2種類の分子を合成し,これらのTADF発光体としての特性を調べた。

研究グループのこれまでの知見から,当初は硫黄を含むMCz-BSBSが優れた性能を持つと予想していたが,実際には,低輝度領域では非常に高い発光効率を示したものの,輝度を上げていくと発光効率の低下が顕著になるという結果だった。

一方,MCz-BSBSの硫黄を酸素に換えたMCz-BOBOでは,低輝度領域での最高効率ではMCz-BSBSにやや劣るものの,発光効率は高輝度領域までほとんど低下せず,優れたロールオフ特性を持つことが分かった。発光色も純粋な青色を示し,その波長幅もドナー・アクセプター型のTADF材料としては狭く,青色EL材料として良好な特性を示した。

これは,項間交差に対して逆項間交差や発光が極端に遅いMCz-BSBSに対して,重原子を持たないMCz-BOBOにおいては項間交差・逆項間交差・蛍光放射というTADFに重要な過程の速度が高いレベルでバランスが取れており,電流励起により生成した励起子を効率的にTADF過程に利用することができているためと考えられるという。

研究グループは今後,発光効率や素子寿命のさらなる向上を目指し発光体の分子設計をチューニングするとともに,発光体の合成ルートの短縮や収率向上を測ることで,有機EL材料としての実用化を目指すという。さらに,青色以外の様々な波長域への展開を行ない,EL照明を始めとする様々な応用を狙っていくとしている。

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