九州大學開發出第三種有機EL發光材料

morris_2007

【日經BP社報導】九州大學「最先端有機光電子研究中心」（OPERA）開發出了雖為螢光材料但發光效率在90％以上的發光材料「Hyperfluorescence」。此前發光效率為25％以上的材料只有採用稀有金屬的磷光材料，而新材料不使用稀有金屬。

OPERA于2012年8月利用TADF材料開發的有機EL元件。

尤其是綠色發光材料，光激發的發光量子效率為94±2％。利用該材料製作的有機EL元件的發光效率（外部量子效率）為19％，均實現了與磷光材料相當的高發光效率。

受熱改變自旋狀態

有機EL發光材料根據發光原理的不同大致可分為螢光材料和磷光材料（圖1）。螢光材料只在電子和空穴經由「激發一重態（S1）」的自旋狀態時才發光。而磷光材料除S1外，經由「激發三重態（T1）」的自旋狀態時也能發光。因此，螢光材料的發光效率最大為25％，磷光材料為100％。

圖1：雖為螢光材料，但能以與磷光材料一樣的高效率發光             本圖顯示了以往的螢光材料和磷光材料與九州大學安達研究室此次開發的TADF材料的不同發光原理。TADF材料由於螢光材料中不發光的T1激子受熱轉換成S1，因此發光效率得到了提高。

而新材料僅經由S1時發光。這一點與以往的螢光材料相同，但光激發時的發光效率卻與磷光材料一樣高。據OPERA中心長、九州大學教授安達千波矢的研究室介紹，這是因為新材料中產生了「熱活性型延遲螢光（TADF）」現象。

這個現象是指TADF變成T1的激子受熱變成S1的現象。所以S1發光的發光效率就有望與磷光材料相當。

通過分子設計提高TADF的效率

據OPERA介紹，容易發生TADF的條件包括S1和T1的能量差ΔEST在0.1eV以下，以及分子形狀不容易改變等。另外，要想降低ΔEST，只需盡量減少分子電子軌道中的最高佔據軌道（HOMO）和最低未佔軌道（LUMO）的重疊即可（圖2）。

圖2：通過分子設計可控制ΔEST             影響TADF特性的ΔEST的大小可通過改變分子設計來控制。分子的HOMO和LUMO的重合越少，ΔEST越小。

此次，OPERA實際開發的有機EL發光材料是通過苯二晴和咔唑（Cz）基化合而成的「CDCB（carbazolyl dicyanobenzene）」化合物群（圖3）。在該材料中，HOMO主要在Cz基側，LUMO主要在苯二晴部分。所以降低ΔEST的條件湊齊。

圖3：發光顏色也可以進行系統設計             新材料不但發光效率高，發光顏色的設計自由度也比較高。以苯二晴為基礎，通過選擇對其進行修飾的咔唑基的數量、結合位置以及咔唑基的修飾基，可以選擇發光顏色。（照片（b）：九州大學安達研究室）

還可控制發光顏色

在保持高效率的同時，可廣泛選擇發光顏色也是此次材料的一大特點。CDCB可以根據與苯二晴結合的Cz基的數量和位置決定發光顏色。

OPERA製作了具備天藍色、綠色、黃綠色、黃色和橙色等發光色的多種CDCB。還製作了採用這些CDCB的有機EL面板。黃色發光材料在光激發時的發光效率只有26±1％，但綠色和黃綠色發光材料的發光效率為74～94％，天藍色和橙色發光材料約為47％。

OPERA的安達認為，「這樣就無需磷光材料了」。新材料的發現對有機EL材料的開發會產生巨大影響。（記者：野澤 哲生，《日經電子》）

http://big5.nikkeibp.com.cn/news/nano/64441-20130125.html?ref=ML&limitstart=0

是冷光定熱光?