多重極分子特性を活用した青色有機LEDの高性能化

利用多极分子特性提高蓝色有机 LED 的性能

• 批准号: 22KJ2430
• 负责人: MIN HYUKGI
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2430/
• 关键词: ドナー・アクセプター系; 有機発光ダイオード; 八極システム; スピン軌道結合; 熱活性化遅延蛍光

有機LEDの外部量子効率が高電流密度（高輝度）において著しく低下するロールオフ現象の改善が重大な課題である。このようなロールオフ現象の改善に向け、1 μs以下の超短寿命の遅延蛍光の実現を目指してTADF材料の開発を進め、世界最短寿命遅延蛍光を示す青色TADF材料の開発に成功した。先行研究は、一つのアクセプターに二つのドナーが両端に導入されたD2-A型TADF分子が、二つの縮退した異なる分子内電荷移動励起状態（CTaとCTb）を有し、逆項間交差において大きな軌道角運動量の変化を伴うことに注目して、超短寿命遅延蛍光の実現に向けた革新的な分子設計を提示していた。本研究では、さらに短い遅延蛍光寿命を指向し、D3-A型青色TADF分子を設計・開発した。 中心アクセプターとの二面角が約90°に固定化できる1,8-ジメチルカルバゾールをドナーとして用いることで、小さなΔEST（<50 meV）を達成した。また、量子化学計算によると、三つの独立したドナーと中心アクセプターで達成される三つのCT励起状態（CTa, CTb, CTc）は、エネルギー的に近く縮退し、それらの間では大きなSOCが算出された。これにより、一重項と三重項状態の高速スピン変換が可能となり、数百nsに迫る超短寿命遅延蛍光を示すことが明らかになった。これらの材料を有機LEDの発光体として用いることで、励起子が蓄積せず速やかに発光させることが可能になり、高輝度時においてもEL量子効率が本質的に低下しない画期的な青色有機LEDの開発に繋がった。以上のように、本研究では多重極分子特性を活用した新しい有機発光材料の設計指針を開拓することができた。当該分野における従来の課題を克服できるだけでなく、本研究から派生してさらに多様な高性能有機LED用の発光材料の開発に繋がると期待できる。

一个关键的问题是改善滚动现象，在高电流密度（高亮度）下有机LED的外部量子效率大大降低。为了改善这种滚动现象，我们一直在开发TADF材料，目的是达到超短期延迟荧光小于1μs的延迟延迟，并成功地开发了一种蓝色TADF材料，该材料表现出世界上最短的寿命延迟荧光。先前的研究提出了一种创新的分子设计，用于实现超短寿命延迟荧光，并指出引入一个受体的两个供体具有两个退化和不同的分子内电荷转移激发态（CTA和CTB），并涉及逆终端间隔的大孔角动量变化。在这项研究中，我们设计并开发了D3-A型蓝色TADF分子，该分子旨在实现较短的延迟荧光寿命。通过使用1,8-二甲基甲基唑来实现小Δest（<50 meV），该甲基甲基唑与中央受体在约90°作为供体具有二面角。此外，量子化学计算表明，三个独立的供体和中央受体在附近和退化中获得了三个CT激发态（CTA，CTB，CTC），它们之间有较大的SOC。这允许单线和三重态之间快速自旋转换，并且已经揭示了超短期寿命延迟荧光接近数百个NS。通过将这些材料用作有机LED的光发射器，激子不会积聚，并且可以快速发出光线，从而导致开发突破性的蓝色有机LED，即使在高亮度下也不会降低El量子效率。如上所述，这项研究能够制定新的设计指南，用于利用多极分子特性的有机发光材料。可以预期，它不仅会克服该领域的常规挑战，而且还将导致从这项研究衍生出的高性能有机LED的更多样化的发光材料。