ヘテロナノグラフェン構造を用い高効率/狭帯域の有機EL用青色蛍光体を開発 九州大学ら

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茨城大学や九州大学、京都大学の研究グループは2021年7月21日、硫黄原子を導入した有機ホウ素化合物を活用して、優れた発光効率と色純度を持つ有機EL用の青色蛍光体の開発に成功したと発表した。この成果は、2021年7月15日付でドイツ化学会誌『Angewandte Chemie International Edition』に速報版としてオンライン掲載された。

同研究グループはこれまでに、硫黄原子の重原子効果を利用して、スピン反転を加速し逆項間交差を高速化することでEL特性が向上することを発見しており、この特性を生かした有機ELの開発に向けて研究を進めていた。

今回の研究では、9個の6員環が縮環したナノグラフェン骨格の適切な位置に、ホウ素、窒素、硫黄原子を導入した新規ヘテロナノグラフェン分子である「BSBS-N1」(上図(a))を開発。3種類のヘテロ元素融合による多重共鳴効果に基づく熱活性化遅延蛍光(TADF)特性の発現と発光スペクトルの狭帯域化、硫黄原子の重原子効果による逆項間交差の高速化を確認した。

BSBS-N1はスカイブルー領域に極めて狭い発光バンド(半値全幅25nm)を示し、高い色純度を持つことが分かった。さらに、これまでに報告されている多重共鳴型TADF分子の中で最速の逆項間交差速度(kRISC=1.9×106 s-1)を記録。これは、一般的な多重共鳴型TADF分子に比べて10~1000倍も大きな値で、BSBS-N1の2つの硫黄原子の重原子効果によって逆項間交差が促進されたと考えられる。

(a)BSBS-N1を用いた有機ELデバイスのELスペクトルとEL発光の様子
(b)輝度-外部量子効率(EQE)特性

このBSBS-N1を使った有機EL素子は最大外部量子効率が21.0%と高い値を示したうえ、高電流密度、高輝度領域での発光効率低下(ロールオフ)が抑制され、高輝度領域でも優れた発光効率を持つことが確認できた。逆項間交差の高速化によって電界励起子の失活過程が抑制され、電力エネルギーを効率的にEL発光に変換できたと研究グループではみている。

同グループは、今後、開発した青色蛍光体を使った有機EL材料の実用化を進めるとともに、青色以外のさまざまな色域への展開を図ることで、ディスプレイや照明などへの応用を目指している。

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