北大ら,凝集で円偏光を発するキラルな白金錯体開発

北海道大学,茨城大学,北里大学,成蹊大学,東京都立大学,京都府立大学,筑波大学は,固体や薄膜などの凝集状態で円偏光を発光するキラルな白金錯体の開発に成功した(ニュースリリース)。

円偏光を発光する有機ELデバイスであるCP-OLEDは,三次元ディスプレー,次世代の光情報通信,量子コンピューターなど広い分野への応用が期待されている。CP-OLEDの開発は,通常の有機ELの発光層に円偏光発光(CPL)を示すキラルな発光材料を用いることによって行なわれている。

CPL特性を表す指標として非対称因子g値が用いられる。これまでに報告されているキラル発光材料のg値は低く,低分子系で高いg値を実現させるためには,発光分子がキラルに空間配列する必要があるということが高いg値を示す高分子や液晶材料の研究から示唆されている。

ところが,一般に有機物の発光材料は,溶液中のような孤立状態で強く発光するが凝集状態では消光するという凝集起因消光(ACQ)が起こることが知られている。

また,有機ELを実用化するためには高い外部量子効率の実現が必要であり,三重項励起状態が利用できるりん光材料や,一重項と三重項状態のエネルギー差が小さく逆項間交差が可能な熱活性遅延蛍光材料を用いた有機ELデバイスが広く開発されている。

研究では,市販の配位子から2段階で合成可能なりん光性キラル白金錯体 (R)-/(S)-[Pt(II)(BINOL)(bpy)]を開発し,それがACQとは反対の凝集誘起円偏光発光(AIE)を示すことを明らかにした。また,この錯体をアクリル樹脂に分散した薄膜が,白金錯体の割合に応じて白色から赤色の発光を示すことを明らかにした。

結晶構造解析から,今回の白金錯体は固体状態でキラルな1次元らせん構造を取ることが明らかになったが,このキラルな凝集構造がキラルな分光特性には大きく影響していないことが分かった。

また,発光量子収率も類似の白金錯体と同程度で高くなく,今後,高性能なCP-OLEDを開発するためには,発光強度の増大と円偏光特性の向上が課題となる。

しかし,複数の発光材料の混合による白色の円偏光発光デバイスの開発例はあるものの,単一物質,特に低分子キラル発光材料による白色発光CP-OLEDの報告例はほとんどなく,今回の研究成果は単一物質による白色発光CP-OLEDの開発に貢献することが期待されるという。

さらに研究グループは,同一物質で発光色の色調が変化するマルチカラー材料としての応用も期待されるとしている。

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