2018 Fiscal Year Annual Research Report
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18J21071
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
永田 亮 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 近赤外有機EL素子 / 励起子生成効率 / 多重励起子生成 / 一重項励起子開裂 / 電流励起 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、「励起子生成効率100%を超える有機EL素子の創出」を目的とし、励起子増感過程を用いた新規EL機構の構築を目指している。
2018年度は、励起子増感過程の一種である一重項励起子開裂過程に着目し、これを用いた近赤外有機EL素子の開発を進めた。本研究の初期検討では、一重項励起子開裂を示す材料をホスト分子、近赤外発光材料をゲスト分子とする共蒸着薄膜を作製し、光励起下での発光強度やその磁場依存性等を評価した。その結果、rubreneをホスト分子、ErQ3をゲスト分子とした系において、ホスト分子間での効率的な一重項励起子開裂過程によって生成した三重項励起子が、ゲスト分子へのエネルギー移動を経由して、近赤外発光へと寄与していることが明らかとなった。
次に、光励起下で確認した増感発光系を発光層として、近赤外有機EL素子を作製した。結果として、電流励起下でも、一重項励起子開裂過程を用いることによる近赤外発光強度の増大が確認された。また、可視・近赤外発光強度の磁場依存性から算出される励起子生成効率は100.8%であった。
これらの実験結果は、一重項励起子開裂過程の利用によって、励起子生成効率のさらなる向上が可能であることを示すものである。即ちこれは、高効率近赤外有機EL素子の実現に向けて、一重項励起子開裂過程の利用が有効であることを実証した画期的な成果であり、有機半導体材料の特長を活かしたウェアラブル端末への実装など、センシング・イメージング分野における、近赤外有機EL素子の幅広い応用に繋がることが期待される。
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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
2018年度は、当初の目標であった光励起下での一重項励起子開裂過程による近赤外増感発光の確認にとどまらず、前倒しで増感発光系を用いた有機EL素子の検討を進め、電流励起においても近赤外増感発光を実現した。
本手法は、特に近赤外領域における有機EL素子の量子効率向上に有用であり、今後は、高いPL量子効率を有する近赤外発光材料の探索と併せて、詳細なデバイス物理過程の解明に取り組み、高効率近赤外有機EL素子の実現に向けた素子設計指針の確立を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方針として、一重項励起子開裂過程を用いた近赤外有機EL素子における、さらなる量子効率の向上を目指す。
2018年度の研究では、一重項励起子開裂材料であるrubreneと近赤外発光材料であるErQ3の共蒸着膜を有機EL素子の発光層として用いることで、電流励起下でも、一重項励起子開裂過程を近赤外発光に利用可能であることを示した。しかしながら同時に、共蒸着膜においては、ホスト分子間の相互作用の阻害による、一重項励起子開裂過程の抑制が観測された。
そのため今後は、熱・圧力等による固体の配向制御、および各薄膜・結晶の光学・電気特性評価を通して、共蒸着薄膜における一重項励起子開裂過程の阻害メカニズムの解明と同過程の高効率化を目指す。さらに、従来の定常状態での光物性評価に加え、過渡発光や過渡吸収、およびそれらの外部磁場依存性等の時間分解分光技術を用いることで、一重項励起子開裂から近赤外発光へと至る、詳細な励起子ダイナミクスの観察を進める計画である。
また、近赤外発光素子の量子効率向上に際して、高い発光効率を有する発光材料の探索も必要不可欠である。しかしながら、近赤外領域における有機分子の発光は、無輻射失活と強く競合するため、量子ドットをはじめとする無機発光材料と有機ホスト材料とを組み合わせた、ハイブリッド発光素子への展開も幅広く検討する予定である。
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