2020 Fiscal Year Annual Research Report
三重項励起準位制御に立脚した複合分子システムの構築と次世代有機デバイスの実現
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19H02790
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
儘田 正史 九州大学, 工学研究院, 助教 (60625854)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 有機発光ダイオード / エレクトロルミネッセンス / 熱活性化遅延蛍光 / 有機EL / 有機半導体 / 三重項励起子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高効率な有機発光ダイオード（有機EL）を実現可能な技術として熱活性化遅延蛍光(TADF)が注目されているが、青色素子など高励起準位を有する系での材料創出や実用に耐える素子の開発および将来のセンサ光源としての近赤外領域での材料・デバイス開発などに対しては多くの課題が残っている。本研究では、TADFなどの三重項励起子が関与する過程の学理の探究を進め、次世代の有機ELを与える分子システムを構築し、有機デバイスの産業化へ貢献することを目的とした。R1年度は、ホスト材料、TADF材料、発光材料について幅広い分子構造から材料探索を行い、極めて高い三重項エネルギーのホスト材料を見出し、TADF材料については励起子過程の解明を進め、量子収率100%の発光材料の創出に成功した。
R2年度では、特に発光材料について幅広い観点で取り組んだ。特に、安定性の向上については様々な知見が得られつつある（J. Mater. Chem. C 2021, 9, 4112, Nat. Commun. 2020, 11, 5623, Chem. Sci. 2021, 12, 552）。また、近赤外でも優れた量子収率を示す材料を見出しており(Adv. Opt. Mater. 2021, 2001947)、TADFをアシストドーパントとして用いた有機ELでは高い外部量子効率も実現したが（Chem. Eur. J. 2021, 27, 5259）、一方で、キャリアトラップの問題も明らかとなった。また、青色ホスト材料については、純青色ドーパントを用いた有機ELデバイスを作製し、リファレンスに匹敵する高効率を実現できた。構造の剛直性などから、素子構造をさらに最適化することにより、デバイスの耐久性向上につなげられると期待される。
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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
高効率有機ELデバイスは、外部量子効率が優れていることはもちろん、素子耐久性が高いことや色純度が優れることなど様々な要素を満たす必要がある。素子耐久性は、根本的な化学結合の安定性、分子のポーラロンや励起状態の安定性とも結びついており、三重項励起子が絡む有機ELデバイスでは、その蓄積を抑えることや三重項励起状態経由での分解を抑えることなども重要となる。R1年度に開発した発光材料では、そのような点に関する様々な知見を得るとともに、実際に様々な分子群において優れた励起状態安定性を達成した。さらに、未だ効率の低い近赤外領域でも高い発光効率の材料の開発およびデバイス化に成功した。
また、開発した青色ホスト材料は、純青色有機ELデバイスにおいて高い外部量子効率を示し、半導体材料として有望であることも明らかとなった。
以上より、R2年度までの研究進捗状況は順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
青色ホストは、安定な材料を各層に用い、発光層にはTADF材料と蛍光材料を組み合わせたデバイスを構築することで、効率と耐久性を両立した素子を実現する。TADF材料についても幅広い検討を行い、蛍光材料で得られた安定性向上の知見を融合しながら、発光波長の制御を進める。高エネルギーのTADF材料に関しては、すでに開発した高エネルギーホスト材料と組み合わせることで、高性能青色有機ELを実現する。また、近赤外領域でも、新規材料やデバイス最適化により、さらなる長波長化と高効率化を実証する。
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