三重項から一重項励起状態への逆エネルギー移動機構を用いた新機構有機電界発光素子

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OLEDは、通常、蛍光分子では75%の三重項励起子は熱失活してしまい、25%の一重項励起子しかEL発光には利用できないが、三重項励起状態からの発光を使えば、究極の効率が得られることになる。このことは電流励起下において、スピン統計則に則り、一重項励起子と三重項励起子が1:3の割合で生成され、更に一重項準位から三重項準位への項間交差(ISC)が100%の確率で生じることにより、三重項励起子の生成効率が100%まで達していることを意味している。このように、りん光デバイスは優れたOLED性能を有することから、従来の蛍光性発光材料に代わり、OLEDの基幹発光材料となり、現実に実用化が進んでいる。一方、このような優れた発光特性を有するものの、高電流密度領域では発光効率が急激に減少するTriplet-Triplet Annihilation (TTA)やTriplet-Polaron Annihilation (TPA)等の励起子失活の発生や、化合物がIr、Pt等の貴金属を含有する化合物に限定されるなどの問題点があり、再度、基本に戻った幅広い材料開発が必要とされていた。本研究では、蛍光材料の励起子生成効率を熱活性遅延蛍光(TADF)により上昇させる新しいEL発光機構を実現した。π-π^*遷移性の化合物において、HOMOとLUMOの軌道の重なりの小さい分子を設計することにより、小さな一重項と三重項エネルギー差(ΔE_<ST>)を有し、かつ高い発光効率を両立させる分子2-biphenyl-4,6-bis(12-phenylindolo[2,3-a]carbazole-11-y1)-1,3,5-triazine(PIC-TRZ)を実現した。この分子の逆エネルギー移動効率は30%に達し、OLEDにおいても10%に迫る高い効率が得られた。