阪大ら,軽元素のみから成る有機EL発光材料を開発


大阪大学,豪スウィンバーン工科大学,デンマーク工科大学,ポーランド シレジア工科大学は,炭素(C),水素(H),窒素(N),ケイ素(Si)の汎用元素だけで構成され,室温においてリン光(RTP)を示す有機EL発光材料の開発に成功した(ニュースリリース)。

RTP材料は電流励起により生じる励起子を最大100%の内部変換効率で光エネルギーへと変換できることから,高効率な有機EL素子における発光材料として実用化されている。

現在,利活用されているRTP材料は,励起一重項状態にある分子を励起三重項状態へと効率的に変換させるために必要な大きなスピンー軌道相互作用(SOC)の効果が見込める。しかし,イリジウム(Ir)や白金(Pt)を含む重金属錯体を使うため,資源的に豊富で汎用性の高い軽元素のみから構成されるRTP材料が切望されていた。

今回,研究グループは,独自に開発したジベンゾフェナジンを電子アクセプター(A),そして電気陰性度が炭素よりも小さく,クラーク数の高いケイ素元素を含むジヒドロフェナザシリンを電子ドナー(D)とする電子ドナー・アクセプター・ドナー(D–A–D)分子を RTP材料として設計した。

量子化学計算による解析から,第一励起一重項状態(S1)付近に第一励起三重項状態(T1)と第二励起三重項状態(T2)がエネルギー的に近接し,T2から基底状態(S0)への遷移が許容であることが予測された。

合成した分子を様々なホスト材料にドーパントとしてブレンドして作製した薄膜の光物性を調査したところ,ホスト材料の極性に依存して光物理過程が大きく異なることを見出した。

例えば,非極性を持たないZeonexと呼ばれるホスト材料中では,S11CT)からの熱活性化遅延蛍光(TADF)およびT13LE)からのRTPの二成分からの発光が観測される一方で,より極性の高い“TCTA”と呼ばれる化合物をホスト材料として用いると,T1およびT2からのRTPを示した。

さらに,今回開発したRTP分子を発光材料として活用して有機EL素子を作製したところ,外部量子効率(EQE)は,これまでに報告されている軽元素から成るRTP材料を用いた有機EL素子としては最高値である4.0%を達成した。

この成果により,汎用元素から成るRTP材料の開発がより一層進展するとともに,RPTは蛍光とは寿命のタイムスケールが大きく異なること,そして酸素に対する高い応答性から,RTP分子は細胞内の高解像度イメージング材料としての応用も期待されるとしている。

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