2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of efficient organic long persistent luminescence system based on charge trapping mechanism
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18H02049
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| Research Institution | Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University |
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Principal Investigator |
嘉部 量太 沖縄科学技術大学院大学, 有機光エレクトロニクスユニット, 准教授 (00726490)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 有機蓄光 / 電荷分離 / 電荷再結合 / 有機半導体 / フォトルミネッセンス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
蓄光材料は光照射後、長時間の発光を示すため、避難誘導灯などへ実用化されている。既存の蓄光材料は全てレアメタルを含む無機蓄光材料で構成されているのに対し、申請者は世界で初めて有機蓄光を見出した。有機蓄光システムは電子ドナーとアクセプターから構成され、室温で長時間の発光を示す。有機蓄光の発光メカニズムは光誘起電荷分離・電荷蓄積・電荷再結合発光から構成されることを見出したが、この発光過程を制御する因子についてはまだ解明できていない。
そこで本研究では様々な電子ドナー・アクセプター材料の蓄光特性を評価した。その結果、蓄光発光の発光色はドナー材料のHOMO準位とアクセプター材料のLUMO準位によって制御可能であること、また電荷再結合後の発光過程において、ドナーおよびアクセプター材料の三重項励起準位が重要であることを見出した。
電子ドナー・アクセプター材料間の電荷移動（CT）発光はエキサイプレックス発光とも呼ばれるが、様々なエキサイプレックスについて蓄光特性を評価した結果、多くのエキサイプレックスが蓄光発光を示した。その発光はドナーのHOMOとアクセプターのLUMOのエネルギー差に相応するため、材料選択によって青緑から赤色までの発光が実現された。また電荷再結合の際に1重項CTおよび3重項CT励起状態が形成されるが、ドナーまたはアクセプター材料の三重項励起（LE）準位がCT準位よりも大幅に低い場合（約0.3 eVの差がある場合）、LEへのエネルギー移動によって、りん光が主として観測されることを見出した。
このように効率的な有機蓄光システムにはドナーのHOMO、アクセプターのLUMO、それぞれの三重項励起状態のエネルギー差が重要であることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでの研究成果から、蓄光材料に重要な因子として、ドナー分子のHOMO準位、アクセプター材料のLUMO準位、それぞれの材料の三重項励起準位と電荷移動励起準位のエネルギー差が重要であることを見出した。特に高性能な有機蓄光の実現には三重項励起準位と電荷移動励起準位の差を小さくすることが重要である。これらの知見から、より高性能な有機蓄光システムの開発が可能となる。また、蛍光材料添加による発光色制御手法も開発しているため、これらの技術を合わせることで、より効率的な有機蓄光システムの開発が可能となると考えられる。発光メカニズムの解明も順調に進んでおり、今後は、電荷分離・電荷保持過程の効率化が課題となる。
また、電荷分離状態に対する解析も進めており、電場や磁場といった外部因子による応答を確認している。今後はこれら外的因子に応答するデバイス開発を行う予定である。
以上の点から、現在までの経過は当初の計画通り進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、材料開発・酸素耐性の付与・新デバイス開発について研究を進める。材料開発では、これまでの研究成果を生かし、高効率な有機蓄光材料系を実現するとともに、発光色を近赤外発光まで拡張する。
また実用上の大きな課題である酸素による消光に対しては、ガスバリアポリマーとの混合素材や、有機トランジスタ同様にエネルギーを下げることで酸素との反応を抑制するといった手法により開発を進める。
新デバイス開発では、熱や磁場といった外部因子による応答を用いて、エネルギー蓄積デバイスを構築する。
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