九大,第3世代有機EL発光材料が従来のリン光材料に匹敵する耐久性を持つことを確認

九州大学最先端有機光エレクトロニクス研究センター(OPERA)は,同センターが開発した熱活性化遅延蛍光(TADF)材料による第三世代の有機発光材料(Hyperfluorescence)の耐久性について,この材料を用いたOLEDの検証を世界に先駆けて実施,同OLEDの発光層中のキャリア再結合位置を制御することによって,従来のリン光材料を使ったOLEDに匹敵する耐久性が得られることを実証した。

1

これまで,2009年度にポルフィリン誘導体(SnF2OEP)を用いて,電流励起下での遅延蛍光現象を確認したが,その外部EL量子効率(ηext)は~0.1%程度の極めて低い効率に留まっていた。その後,トリアジン−カルバゾール誘導体を中心とした材料設計を進め,2011年度にはηext~5.3%2,2012年夏には,ηext~11%3を,2012年冬には,内部EL量子効率(ηιντ)がほぼ100%の発光効率を示す新しい発光分子(カルバゾリルジシアノベンゼン誘導体:CDCB)の創出に成功した。

このように,TADF機構を利用したOLEDに関する着実な研究展開は進んできたが,実用化を目指す上で重要な技術課題であるOLED駆動耐久性に関する実証研究は実施されておらず,その検証結果に期待が集まっていた。

この研究では,CDCBをOLEDの発光ドーパントとして用い,発光層および電荷輸送層に用いる有機半導体材料との組み合わせでのデバイス構造の最適化を進めるとともに,OLEDの発光層中で生じるキャリア再結合位置を制御することにより,理論的に予測される外部EL量子効率を維持しつつ,輝度半減時間2,800時間を示す高効率・高耐久性OLEDの創出に成功した。

この輝度半減時間は,代表的なリン光発光材料である,トリス(2-フェニルピリジナト)イリジウム(III)を用いたリン光OLEDでの輝度半減時間(4,000時間)に匹敵する性能であり,このことは,TADF材料が電気励起下においても電気化学的に安定であり,実用化において十分に耐えられる可能性を示したもの。

この研究成果は,レアメタルを含有する有機金属発光材料を使わなくとも,高効率EL発光と高耐久性の両立が可能であることを確実なものとした。今後,OLEDの発光材料は,蛍光,リン光に次ぎ,第三世代のTADF材料へ大きくシフトしていくことを示している。

詳しくはこちら。