茨城大ら,凝集状態で円偏光発光する機構を解明

茨城大学,近畿大学,産業技術総合研究所は,固体や薄膜などの凝集状態で円偏光を発光する凝集誘起増強円偏光発光(AIEnh-CPL)材料であるキラルなペリレンジイミド誘導体の凝集状態における発光種を明らかにするとともに,真空蒸着膜においても円偏光が発光することを確認した(ニュースリリース)。

一般に有機物の蛍光材料は,溶液中のような孤立状態で強く発光するのに対し,凝集状態では消光するという凝集起因消光(ACQ)が起こる。一方,円偏光発光(CPL)には発光団がキラルに空間配置する必要があると考えられることから,円偏光を発光する発光デバイスには凝集状態でも発光する材料が必要となる。

キラリティを有するペリレンジイミド誘導体である(S,S)-および(R,R)-BPP(BPP=N,N’-bis(1-phenylethyl)perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic diimide)は,溶液状態ではCPLを示さないが,高分子フィルムへの分散やKBrペレットなどの固体状態でCPLを示すという凝集誘起増強円偏光発光(AIEnh-CPL)材料であることが研究グループによって既に明らかになっている。

キラルBPPは凝集状態で円偏光を発光することから,円偏光を発光する有機ELデバイスであるCP-OLEDの発光層として適していると考えられている。

研究では,固体や薄膜といった形で凝集することによってはじめて円偏光発光を示すAIEnh-CPL分子であるキラルなBPPについて,凝集状態における発光種を明らかにするとともに,CPLなどキラルな光学特性が,BPP分子がねじれて積層することによりキラルな空間配置を取ることが原因であることを明らかにした。

また,ITO電極(アノード)/PEDOT:PSS(ホール輸送層)/chiral BPP(発光層)/Al電極(カソード)という簡単なデバイス構造の有機ELから円偏光発光の取り出しに成功した。今後,多層構造のデバイスを検討することによりEL特性の最適化を行なうとともに,分子間相互作用を制御することによって円偏光特性の向上を目指す。

研究グループは今回の成果について,凝集誘起増強円偏光発光(AIEnh-CPL)材料を発光材料として用いたCP-OLEDの開発研究に有益な情報を与えるものであり,より高性能なCP-OLEDの開発に貢献することが期待されるとしている。

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