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【抜粋記事】産総研と九大、次世代有機EL材料の発光メカニズムを解明

日経テクノロジーオンライン
産総研と九大、次世代有機EL材料の発光メカニズムを解明

TADF_mechanism_kyusyu-univ_AIST_image1.jpg
■従来考えられていたTADF発光メカニズム(左)と、今回明らかになったメカニズム(右)の模式図

産業技術総合研究所(産総研)と九州大学は2017年5月11日、次世代有機EL素子の発光材料として注目される熱活性化遅延蛍光(TADF)を出す分子(TADF分子)の発光メカニズムを解明したと発表




TADFは、室温の熱エネルギーの助けを受けて有機EL分子が放出する蛍光


これまで、TADF発光は分子の2つの励起状態が関わり、それらの状態
間のエネルギー差ΔESTが室温の熱エネルギー近くまで小さいほど発光効率が高いと考えられていた。しかし、室温の熱エネルギーではTADFの発光が困難なはずの分子でも100%に近い高い発光効率を示す事例もあった


TADFの有無で分子を分類すると、TADFを強く発光する分子群は全てパラ体であり、分子構造がTADFの発光に関与することを示唆



TADF_mechanism_kyusyu-univ_AIST_image2.jpg
■8種類の有機分子の化学構造式

TADFを強く発光する分子群(パラ体)では、プラスの電荷であるホールが分子内で自由に移動できる「電荷非局在励起種」が生成されたのに対して、TADFを発光しないか弱く発光する分子群では、ホールが自由に移動できない「電荷局在励起種」や「中性励起種」しか観測されなかった。つまり、TADFの発光には電荷非局在励起種が関係することが示された



TADF_mechanism_kyusyu-univ_AIST_image3.jpg
■過渡吸収分光法によって観測された分子の励起種

逆変換が室温で起こるかどうかは一重項状態と三重項状態の電荷分布が異なる励起種間のエネルギー差に着目する必要があり、従来のΔESTの値だけを考慮したTADFの発光メカニズムに再考を促す


TADF分子の設計では、パラ体構造を導入することが高効率なTADF発光につながる



TADF_mechanism_kyusyu-univ_AIST_image4.jpg
■パラ体構造の導入によるTADF発光メカニズムの模式図。パラ体構造により、一重項状態は電荷局在励起種からより低いエネルギーの電荷非局在励起種となるため、逆変換に必要なエネルギー差が小さくなってTADFが発光しやすくなる



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