| Project/Area Number |
23K26725
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| Project/Area Number (Other) |
23H02032 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 35030:Organic functional materials-related
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
笹部 久宏 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 准教授 (10570731)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
片桐 洋史 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 教授 (40447206)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
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| Keywords | 熱活性化遅延蛍光発光材料 / 金属錯体 / アルミニウム / 増感剤 / βジケトン / 有機EL / 熱活性化遅延蛍光材料 / ユビキタス金属 / 熱活性化遅延蛍光 / 電子構造 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、ユビキタス金属元素を用いた高性能発光材料群の開発と得られた金属錯体の特異な光機能の起源を解明する。最終的に RGB フル カラーの有機ELを実現し、貴金属錯体 を用いたリン光材料を凌駕する性能を引き出す。材料面では、(1) 量子化学計算による光機能の起源の 解明を行うとともに、普遍的な分子設計指針を獲得する。得られた指針に基づき、(2) 配位子の構造を変化させ、発光色のフルカラー化を行う 。デバイス面では、(3) 独自の周辺材料技術を活用した塗布型有機EL素子の高効率化を行う。(4) 他のユビキタス金属元素への展開も行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者らは最近、ありふれた金属元素のアルミニウムからなる遅延蛍光性金属錯体群を世界で初めて開発、緑色で高い発光量子収率92%と塗布型有機EL素子で貴金属を用いたリン光発光材料に匹敵する外部量子効率17.5%を実現している。今年度は、アルミニウム錯体のTADF機能のさらなる向上のために、電子構造を精密に制御した配位子を用いた。錯体化による溶解性の低下が原因で、デバイス化や増感剤への展開が困難な場合があるため、非対称構造を持つ配位子を採用した。電子供与性基のジメチルアクリジン、電子受容性基のジベンゾイルメタンを選択した。溶解性の向上と TADF 性の向上を目的にジベンゾイルメタン部位にメチル基を導入した。新たに開発した Al(DMACMeDK)3 はキシレンやクロロホルムなどの一般的な溶媒に 5 mg/mL 以上の高い溶解性を持ち、100% の PLQY、10^7 s-1 以上の大きな放射失活速度定数、1 μs以下の短い遅延蛍光寿命を有する優れた TADF 発光材料であった。塗布型有機 EL 素子に応用したところ、外部量子効率23.7%を実現した。また、緑色 MR-TADF 材料 GBN の増感剤として応用した結果、100% の PLQY、最大外部量子効率 20%、FWHM 52 nm、CIE (0.31, 0.64) の緑色発光実現した。また、非対称な配位子を有するため、facial 体と meridional 体の幾何異性体が混ざることが懸念されたが、今回得られた錯体は facial 体のみであった。このことから、配位子の化学構造や合成条件を工夫することで、幾何異性体の分割が可能であることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
配位子の構造を工夫することで、100% 近い発光量子収率、10^7 s-1 以上の大きな放射失活速度定数、1 μs以下の短い遅延蛍光寿命を持つ優れたアルミニウム錯体を開発することに成功した。金属錯体化とメチル基の導入によって特異的な電子構造が形成され、配位子の TADF 特性が大幅に強化されることが明らかとなった。塗布型有機 EL 素子に応用したところ、最大外部量子効率 23.7% を実現した。また、増感剤として用いた結果、100% の PLQY、最大外部量子効率 20%超、FWHM 52 nm、CIE (0.31, 0.64) の緑色発光を実現した。また、非対称な配位子を有するため、facial 体と meridional 体の幾何異性体が混ざることが懸念されたが、今回得られた錯体は facial 体のみであった。このことから、配位子の化学構造や合成条件を工夫することで、幾何異性体の分割が可能であることが示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 発光色のフルカラー化：βージケトン配位子を利用した発光色の多色化を行う。現状、得られた発光色は緑色に限られている。βージケトン配位子は容易に化学構造を変化させられるため、RGB フルカラーの実現、特に青色発光の実現を目指す。
(2) 今回、非対称配位子を用いたにも関わらず、偶然にも一方だけの幾何異性体の選択合成に成功した。得られた錯体は facial 体のみであった。このことから、配位子の化学構造や合成条件を工夫することで、幾何異性体の分割が可能であることが示唆された。イリジウム錯体や蛍光アルミニウム錯体の極めて限られた例ではあるものの、幾何異性体間の光物性が大きく異なることが知られている。しかしながら、その起源は未解明なままである。今後は、アルミニウム錯体の幾何異性体の選択合成と、facial/meridional体の光物性の評価についても検証していく。
(3) 今回、原子番号が小さいアルミニウム錯体でも遅延蛍光寿命1 μs以下が実現できたことから、中心金属の原子番号を大きくすることで、さらなるTADF性の向上、具体的には、逆項間交差の速度定数の向上が期待できる。今後は、中心金属を変えた錯体群を開発し、中心金属と光学特性の相関関係を検証していく。
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