熱活性型遅延蛍光材料を用いた高効率・長寿命ディープブルー有機ＥＬ素子の開発

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14J03825
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 李 ジヨン 九州大学, 統合新領域学府, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2014-04-25 – 2017-03-31
• キーワード: T1-S1エネルギーギャップの制御

研究実績の概要

ジヒドロフェナジン骨格を有するTADF材料の開発：発光波長ならびに一重項-三重項エネルギーギャプの制御
熱活性型遅延蛍光(TADF)は最低三重項状態(T1)を最低励起一重項状態(S1)に高効率で変換できるため、有機EL素子において100%の「励起子→光」変換効率を実現できる。TADF材料は従来の蛍光、りん光材料にかわる次世代発光材料として注目されており、現在、盛んに研究が行われている。本研究では、ドナー部位としてよく知られているジヒドロフェナジンを選択し、種々のアクセプター部位を結合させたTADF材料を設計、合成した。そして、発光波長、T1-S1エネルギーギャップ(ΔEST)、T1励起子寿命の制御を行った。T1状態からS1状態への変換効率を向上させるには、ΔESTを小さくすればよい。本研究により、アクセプター部位を変化させることにより、ΔESTを0.03 eVから0.19 eVまで制御できることがわかった。また、ΔESTが小さい化合物ほど、TADFの発光寿命が短く、T1状態の寿命が短いことがわかった。これらのTADF材料を発光材料として用いた有機EL素子は、アクセプターの違いにより緑色からオレンジ色のEL発光を示した。DHPZ-2BIを発光材料として用いた有機EL素子の最大外部量子効率(EQE)は12%に達し、蛍光材料を用いた素子の理論限界である5-7.5%よりも高いことがわかった。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

これまで、TADF発光材料を有する分子をOLEDの発光材料として応用する研究を進めてきた。その結果、ΔEST が小さい化合物ほど、TADFの発光寿命が短く、T1状態の寿命が短いことがわかった。これらのTADF材料を発光材料として用いた有機EL素子は、アクセプターの違いにより緑色からオレンジ色のEL発光を示した (J. Lee et al. Journal of Materials Chemistry C, 2015, 3, 2175-2181)。さらに、オリジナルな新規発光材料の創出を目指して、理論化学手法を利用した分子設計、材料の合成・精製に加えて、光学的な基礎物性評価まで幅広く行い、有機EL素子への応用展開を進めることができた。本研究課題を十分に遂行できていると判断する。

今後の研究の推進方策

高発光効率・高耐久性・低ロールオフを有するディープブルーTADF材料の開発
①量子化学計算を用いて、ディープブルー発光を実現するために要求される深いHOMO、浅いLUMO準位を有するドナー・アクセプター骨格の探索を行う。ディープブルー発光を示し、高効率・低ロールオフの期待できる小さなΔESTと大きな振動子強度を両立できるTADF化合物を設計、合成し、素子特性を評価する。素子寿命を評価し、輝度半減時間を見積もる。
②りん光材料と比較するために、同一の素子構成でりん光材料を発光材料としたOLEDの寿命評価を行い、輝度半減時間を見積もる。その結果をTADF材料のものと比較し、TADF材料の優位性について検証を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Controlled emission colors and singlet–triplet energy gaps of dihydrophenazine-based thermally activated delayed fluorescence emitters (2015)
  • 著者名/発表者名: Jiyoung Lee, Katsuyuki Shizu, Hiroyuki Tanaka, Hajime Nakanotani, Takuma Yasuda, Hironori Kaji and Chihaya Adachi
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 3 ページ: 2175-2181
  • DOI: 10.1039/c4tc02530j
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of Atom Substitution in Chalcogenodiazole-Containing Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitters on Radiationless Transition (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Tanaka, Katsuyuki Shizu, Jiyoung Lee and Chihaya Adachi
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 119 ページ: 2948-2955
  • DOI: 10.1021/jp510751n
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Emission color tuning and controlling singlet-triplet energy gap of dihydrophenazine-based thermally activated delayed fluorescence emitters (2014)
  • 著者名/発表者名: Jiyoung Lee, K. Shizu, H. Tanaka, H. Nakanotani, T. Yasuda, H. Kaji and C. Adachi
  • 学会等名: Asian Conference on Organic Electronics 2014
  • 発表場所: Tainan, Taiwan
  • 年月日: 2014-11-12 – 2014-11-14