2018 Fiscal Year Annual Research Report
The mechanism and control of spin flips in thermally activated delayed fluorescence emitters
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18H03902
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
小林 隆史 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10342784)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
細貝 拓也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (90613513)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 熱活性化遅延蛍光 / 高次三重項励起状態 / スピン反転 / 逆項間交差 / 有機EL |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代の有機EL用発光材料である熱活性化遅延蛍光（TADF）材料は、三重項励起状態（T）を一重項励起状態（S）へ逆項間交差させることで発光効率の向上を図っている。そのためには狭いSTギャップと高速スピン反転の二つが不可欠であるが、後者の設計指針はまだ確立されていない。本研究では、一部の分子で実現されている高速スピン反転のメカニズムを解明し、その制御法を確立することを目指している。平成30年度は以下の２点に取り組んだ。
（１）高速スピン反転に大きく寄与すると考えられる高次三重項励起状態を考慮した４準位モデルにおいて、各準位間の遷移（緩和）速度を時間分解発光測定から決定する方法について再検討を行った。特にこれまで推定が難しかった三重項励起状態間の内部転換速度の決定方法を考案した。これらの方法を複数の分子に適用し、見積もられた緩和速度、あるいはその温度依存性などから光励起状態の緩和過程について考察した。また購入した備品（iCCDカメラ）をセットアップし、予備的な測定を行った。その結果、複雑なスペクトルシフトが複数の分子に共通して見られることを見出した。
（２）液体窒素クライオスタットを用いて溶液試料の温度環境を変化させて、過渡吸収スペクトルの計測を行った。特定の吸収帯の強度が温度によって変化することが分かり、高次三重項励起状態からの吸収帯が示唆された。これをもとにして、時間依存密度汎関数法による理論計算の結果との比較を行い、高次三重項励起状態を介した新たな励起状態ダイナミクスのモデルを構築した。
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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
iCCDカメラの納期が想定以上に長く（６カ月）、まだ十分に活用しきれていない点を除けば当初予定通りに進んでいる。そのため「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、研究期間の前半（２年）で下記の二つの課題に取り組むことを計画している。
【課題１】高次三重項励起状態を含む励起状態の性質の同定法、およびエネルギーギャップと緩和速度の決定法の構築
【課題２】高効率TADF材料で発現する高速スピン反転メカニズムの解明
平成31年度（２年目）も引き続きこれらの課題に取り組む。具体的には、前年度の成果を発展させ、さらに多くの分子に適用するとともに、iCCDカメラの本格稼働による励起状態の性質の同定、緩和速度の温度依存性からエネルギーギャップの決定、また高効率TADF材料と低効率TADF材料の比較などについて検討を進める。また、前年度に購入した液体ヘリウムクライオスタットと過渡吸収分光装置を組み合わせた、温度可変な過渡吸収分光装置の開発を実施する。試料形態も溶液から薄膜へとシフトさせることで、これまでに溶液では得られなかった4ケルビン程度までの極低温下での計測を可能とする。温度依存の過渡吸収スペクトルの計測を行うことで、各種の高次三重項状態の吸収帯の帰属に挑戦する。またその温度依存性の計測および解析ができるかどうかの検討も行う。各種の高次三重項状態の吸収帯と温度依存性の相関を調べることにより、三重項励起状態間の内部転換による知見を得ることで、過渡発光計測による発光モデルの妥当性を検証する。
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