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半値幅の狭い青色蛍光材料を用いた高効率有機EL素子

Research Project

Project/Area Number 19J12776
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 35030:Organic functional materials-related
Research InstitutionYamagata University

Principal Investigator

中尾 晃平  山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords青色有機EL / 熱活性化遅延蛍光 / 半値幅 / 有機EL / 青色 / 多環芳香族炭化水素 / 分子内水素結合
Outline of Research at the Start

本研究では、有機ELの飛躍的な高効率化を目指す。そのために貴金属を用いずにリン光並みの高効率化が実現できる、熱活性化遅延蛍光(TADF)材料に着目する。TADF材料で最も主流であるトリアジンを用いた一連の誘導体では有機ELの高効率化を実現している一方で、深い青色材料の開発が難しいのが現状である。本研究では、有機ELの青色問題に対して、独自のTADF材料とデバイスを開発することで問題解決を図る。スペクトルの半値幅が狭い高効率青色TADF分子、具体的には、多環芳香族炭化水素の利用や分子内水素結合による分子構造の固定を用いた剛直なTADF分子の開発を行い、そのデバイスの高効率化を行う。

Outline of Annual Research Achievements

熱活性化遅延蛍光(TADF)材料と高性能デバイス化に向けて、TADF材料の重要課題の一つであるスペクトル幅の狭小化のため、合成難度は高いが、剛直であり、発光量子収率の向上に寄与すると期待される多環芳香族炭化水素のトリフェニレンに注目した。まずはトリフェニレンに強い電子アクセプター性を有するシアノ基を修飾し、一連の誘導体を合成し、従来のTADF材料よりも狭いスペクトル幅を実現した。一方、誘導体のTADF特性が弱く、高性能な有機EL素子の実現には至らなかった。これはシアノトリフェニレンの低い三重項エネルギーが要因であったため、別の誘導体の合成に着手した。シアノ基ではなく、ピリミジン環をトリフェニレン内に組み込むことで、π共役の拡張を最小限とすることができ、三重項エネルギーの低下を抑えることを狙った。また、ピリミジン環のC2位にメチル基を導入した誘導体も設計し、誘導体間の凝集抑制を図った。一連の誘導体を合成後、各物性評価を行った。固体薄膜中の発光量子収率88%を示し、これまでに評価してきたシアノトリフェニレン誘導体を凌駕する結果となった。真空蒸着型有機ELデバイスへ応用したところ、20%を超える素子効率を実現し、世界で初めて高効率有機EL素子をトリフェニレン誘導体で実現することに成功した。これに加え、分子内水素結合を用いた誘導体の評価も行ったところ、トリフェニレンと同様に高い発光量子収率、かつ、スペクトル幅の狭小化に成功した。これらの手法はスペクトル幅の狭小化には非常に有用であり、かつ有機EL素子の高性能化への可能性を示唆した。これらの研究課題の他にも軽金属の一つであるアルミニウムを利用した金属錯体の合成および発光特性の評価を行い、新しいTADF分子を提案した。その結果、固体薄膜中で80%に迫る高い発光量子収率を示し、有用な発光材料であることを明らかにした。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (3 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Novel Series of Mononuclear Aluminum Complexes for High-Performance Solution-Processed Organic Light-Emitting Devices2021

    • Author(s)
      Kohei Nakao, Hisahiro Sasabe, Yusuke Shibuya, Amane Matsunagara, Hiroshi Katagiri, Junji Kido
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 133 Issue: 11 Pages: 6101-6106

    • DOI

      10.1002/anie.202014941

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spirobiacridine-based Host Material for Highly Efficient Blue Phosphorescent Organic Light-emitting Devices2020

    • Author(s)
      Arai Hiroki、Sasabe Hisahiro、Nakao Kohei、Masuda Yuki、Kido Junji
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 49 Issue: 3 Pages: 228-231

    • DOI

      10.1246/cl.190840

    • NAID

      130007805913

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Series of Imidazo[1,2‐f]phenanthridine‐Based Sky‐Blue TADF Emitters Realizing EQE of over 20%2019

    • Author(s)
      Ohsawa Tatsuya、Sasabe Hisahiro、Watanabe Taiki、Nakao Kohei、Komatsu Ryutaro、Hayashi Yuya、Hayasaka Yuya、Kido Junji
    • Journal Title

      Advanced Optical Materials

      Volume: 7 Issue: 5 Pages: 1801282-1801282

    • DOI

      10.1002/adom.201801282

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高効率塗布型有機EL素子を実現する単核アルミニウム錯体群2021

    • Author(s)
      中尾晃平、笹部久宏、渋谷勇助、松永周、片桐洋史、城戸淳二
    • Organizer
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 遅延蛍光を発現するアルミニウム錯体の開発と高性能塗布型有機EL2020

    • Author(s)
      中尾晃平
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ピリミジンの非対称な電子分布に基づくTADF材料群2019

    • Author(s)
      中尾晃平
    • Organizer
      有機EL討論会 第28回例会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 熱活性遅延蛍光材料およびそれを用いた有機EL素子2020

    • Inventor(s)
      笹部久宏、城戸淳二、中尾晃平、梅津和将
    • Industrial Property Rights Holder
      笹部久宏、城戸淳二、中尾晃平、梅津和将
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2020
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-05-29   Modified: 2024-03-26  

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