研究紹介
丸文学術賞 受賞者

安田 琢麿九州大学 稲盛フロンティア研究センター教授

有機半導体分子の設計・集積化技術と発光素子応用の研究
革新的有機発光材料がもたらす光エレクトロニクスのパラダイムシフト
研究の背景

然的に生成する75%もの三重項励起子手法として、熱活性化遅延蛍光（TADF）を熱失活させており、低い発光量子収率の活用を提案した（図1右）。TADFは、励有機エレクトロニクス分野は世界規模効率に留まっていた（図1左）。従って、高起一重項準位と三重項準位をエネルギーで飛躍的に発展している。有機ELディス効率な有機LEDの実現には、リン光材料的に近接させて未利用の三重項励起子プレイは実用化の時代に入り、有機トランの使用が不可欠とされてきた。実際、室温を一重項励起子にアップコンバージョンさジスタや有機太陽電池などが実用化へのリン光材料を有機LEDの発光中心に用いせ、遅延蛍光として発光に寄与させる革新道を歩もうとしている。次世代のフラットパることにより、電流励起下で100%に近い的な発光機構である【1】。2012年以来、量ネルディスプレイや照明への展開が期待さ内部発光量子効率が得られている。
しかし

子化学計算による精密な分子設計に基づれる有機発光ダイオード（有機LED）技術ながら、このようなリン光材料においては、き、炭素・水素・窒素・酸素などのありふれたにおいて、優れた発光特性を有する有機励起三重項状態から基底状態（S 0 ）へのユビキタス元素のみから構成される高効率半導体分子はその中核を担う重要な機能遷移過程を許容にするためにイリジウムやな有機発光材料を多数創出した。

材料である。これまで 有機LEDの発光効白金などを含有させて重原子効果に基づく率を向上させるために、様々な蛍光材料やスピン−軌道相互作用を誘起する必要がリン光材料が開発されてきた。蛍光発光はあり、それらの希少金属元素の高価格や青色有機LEDは、フルカラーディスプレ励起一重項状態（S 1 ）からの放射遷移で偏在性の問題点に加え、その材料設計にイには欠くことのできないキーテクノロジーとあり、リン光発光は励起三重項状態（T 1 ）も依然大きな制限があった。

して期待されている。
しかし、本質的に大きなバンドギャップエネルギーを有するため、高からの放射遷移に対応する。電流励起下でのキャリア再結合による励起子生成過程では、スピン統計則に基づいて一重項1．高効率青色有機LEDの開発

研究の成果

性能かつ高耐久な青色有機発光材料・デバイスの開発は困難であり喫緊の課題で励起子が25%、三重項励起子が75%の上述の背景の下、本研究では新しい切ある。精密分子設計と材料スクリーニング

確率で生成される。このため、従来の有機り口から有機LEDの高効率化を指向し、レを通して、高効率TADFを発現する青色有LEDでは励起一重項状態からの蛍光のみ

アメタルを全く使用せずに純粋な有機分子【2‒5】。
機発光材料群を開発した（図2）
電子を発光に利用しており、電流励起により必から高効率な電界発光を実現する新たな供与能および受容能が比較的弱い電子ドナーおよびアクセプターユニット同士を適切

図1 有機発光材料におけるパラダイムシフト：
熱活性化遅延蛍光（TADF）を利用した高効率有機LED技術の基本原理に組み合わせることで、高エネルギーの分子内電荷移動遷移に基づく励起状態からの高効率な青色TADF発光が可能となった。
これらの新規発光材料を用いた青色有機LEDは、世界最高レベルの内部量子効率100%、外部量子効率20%を達成し、素子に注入した電荷キャリアをほぼ100%の量子効率でフォトンに変換できる革新的発光デバイスであることを実証した。
2．フルカラーTADFの実現と有機LEDへの展開
有機発光材料ならではの特徴として、分子構造の多様性とその設計の自由度が挙丸文学術賞 受賞者げられる。
この優れた特徴を活かして、有機半導体分子のエネルギー準位を精密かつ図2 高効率青色有機LEDの電界発光特性系統的に制御するアプローチにより、青色〜赤色までの可視域全域にわたって高効率TADFを発現するフルカラー有機発光【6,7】。
材料群の開発に成功した（図3）
さらに、水色と黄色のような補色関係のTADF発光材料を相補的かつ適切に組合せて利用することにより、高効率の白色有機LEDが構築できることを実証した。
3．濃度消光機構の解明と高性能非ドープ型有機LEDの実証
通常、有機発光分子は溶液やドープ薄膜といった高度な分子分散状態では高い発光特性を示す。一方、ニート薄膜や粉末などの凝集状態では、濃度消光により発光を与えるとともに、有機エレクトロニクス分の研究室でスタートし、同大学 稲盛フロン特性が著しく低下する問題が知られてきた野のさらなる発展に寄与するものと期待し

ティア研究センター・安田研究室においてが、その詳細なメカニズムは未解明であっている。

実施したものであり、多くの学生および共同研究者の協力と支援によって得られたた。過渡発光特性などの光物理特性の解析により、TADF発光分子における濃度消光機構を解明し、励起三重項状態を介し成果である。関係者の皆様に深く感謝申謝辞
本研究は、九州大学 安達千波矢教授し上げます。

たデクスター機構に基づくエネルギー移動過程が濃度消光の支配因子であることを明らかにした【8】。本知見に基づき、非ドー図3 青色〜赤色までの可視域全域にわたるフルカラーTADF

プ状態においても高い発光特性を保持できる濃度消光フリーの高性能有機発光材料および有機LEDの開発に成功した。
さらに、分子凝集系において発光特性が著しく増強される凝集誘起型遅延蛍光（AIDF）という新たな光物理現象を見出し、この特異なAIDF機構を活用した非ドープ型有機LED技術の開拓にも成功した【9】。

将来展望
TADF分子技術の深化により、レアメタ
ルを用いない純粋な有機化合物によって電流（電荷キャリア）を100%の量子効率で光へ変換することが可能となってきた。
従来の蛍光材料、リン光材料に次ぐ第三世代の新しい発光材料として位置づけらReferences（参考文献 ）れよう。TADF材料は無限とも言える多彩【1】S. Y. Lee, T. Yasuda, H. Nomura, and C. Adachi, Appl. Phys. Lett., 101, 093306 (2012).

な分子構造のデザインが可能であり、自在な発光カラーチューニングのみならず、さらなる高性能、多機能、高耐久な有機発光材料の創出が期待できる。今後、TADF技術が発光材料のパラダイムシフトを生み出し、ディスプレイや照明などの多様な有機LEDの応用分野に大きなインパクト【2】I. S. Park, H. Komiyama, and T. Yasuda, Chem. Sci., 8, 953 (2017).
【3】I. S. Park, J. Lee, and T. Yasuda, J. Mater. Chem. C, 4, 7911 (2016).
【4】S. Y. Lee, C. Adachi, and T. Yasuda, Adv. Mater., 28, 4626 (2016).
【5】J. Lee, N. Aizawa, and T. Yasuda, Chem. Mater., 29, 7014 (2017).
【6】I. S. Park, S. Y. Lee, C. Adachi, and T. Yasuda, Adv. Funct. Mater., 26, 1813 (2016).
【7】S. Y. Lee, T. Yasuda, Y. S. Yang, Q. Zhang, and C. Adachi, Angew. Chem. Int. Ed., 53, 6402 (2014).
【8】J. Lee, N. Aizawa, M. Numata, C. Adachi, and T. Yasuda, Adv. Mater., 29, 1604856 (2017).
【9】R. Furue, T. Nishimoto, I. S. Park, J. Lee, and T. Yasuda, Angew. Chem. Int. Ed., 55, 7171 (2016).