寿命が1000時間以上の電気化学発光セルを開発九州大学

九州大学は2023年5月26日、電解質との混合がしやすい新たなデンドリマー型熱活性化遅延蛍光（TADF）材料を開発し、それを使った電気化学発光セル（LEC）で輝度半減寿命1300時間を達成したと発表した。

TADF材料はレアメタルを使わずに発光デバイスの効率を高められるため、有機ELデバイスの新たな発光材料として注目されているが、親水性の電解質と混ざりにくい疎水性材料が多く、LECへの活用は進んでいなかった。同大学は「デンドリマーは、これまでの低分子／錯体／高分子とは異なる新たなカテゴリーの発光材料として期待できる」としている。

九州大学や独ミュンヘン工科大学などの研究グループは、これまで末端に疎水的なtert-ブチル基を有する有機EL向けのデンドリマー型TADF材料を開発していたが、今回はtert-ブチル基を親水的なメトキシ基に置き換えた。すると、素子の輝度半減寿命が90時間から1050時間へと10倍以上に伸びた。さらに、開発したデンドリマーをセルロース（バイオマス）由来の電解質と組み合わせて黄色発光を示す活性層をLECへと展開したところ、輝度半減寿命1300時間を達成した。また、電極として、酸化インジウムに酸化スズを混合した化合物ITOに代わって、炭素から作られるグラフェンを使用することも可能なことが分かった。これによって、重金属を使用せずに環境にやさしい材料で発光デバイスを作製する道が開かれた。

デンドリマーは一般的な高分子と比べ分子量分布がなく、純度や耐熱性が高いなどの優位性がある。これまでLECには低分子材料、Ir錯体、Cu錯体、高分子材料などが使われてきたが、デンドリマーは新たなカテゴリーと位置付けられる。

LECは電界発光デバイスの一種で、ディスプレイデバイスとして普及が進んでいる有機ELよりコスト面で優位性があるとして注目されている。

研究グループは今後、分子構造を見直し、より高効率で寿命の長いLECデバイスにつながる材料の開発を進めるほか、黄や緑だけでなく青や赤といった発光色を示す材料も開発していくとしている。研究成果は国際学会誌「Advanced Functional Materials」に2023年5月16日、オンライン掲載された。

寿命が1000時間以上の電気化学発光セルを開発　九州大学