九州大学“最先端有机光电子研究中心”(OPERA)开发出了虽为萤光材料但发光效率在90%以上的发光材料“Hyperfluorescence”。此前发光效率为25%以上的材料只有采用稀有金属的磷光材料，而新材料不使用稀有金属。

　　尤其是绿色发光材料，光激发的发光量子效率为94±2%。利用该材料制作的有机EL元件的发光效率(外部量子效率)为19%，均实现了与磷光材料相当的高发光效率。

　　受热改变自旋状态

　　有机EL发光材料根据发光原理的不同大致可分为萤光材料和磷光材料(图1)。萤光材料只在电子和空穴经由“激发一重态(S1)”的自旋状态时才发光。而磷光材料除S1外，经由“激发三重态(T1)”的自旋状态时也能发光。因此，萤光材料的发光效率最大为25%，磷光材料为100%。

　　OPERA于2012年8月利用TADF材料开发的有机EL元件

　　图1：虽为萤光材料，但能以与磷光材料一样的高效率发光

　　本图显示了以往的萤光材料和磷光材料与九州大学安达研究室此次开发的TADF材料的不同发光原理。TADF材料由于萤光材料中不发光的T1激子受热转换成S1，因此发光效率得到了提高。

　　而新材料仅经由S1时发光。这一点与以往的萤光材料相同，但光激发时的发光效率却与磷光材料一样高。据OPERA中心长、九州大学教授安达千波矢的研究室介绍，这是因为新材料中产生了“热活性型延迟萤光(TADF)”现象。

　　这个现象是指TADF变成T1的激子受热变成S1的现象。所以S1发光的发光效率就有望与磷光材料相当。

　　通过分子设计提高TADF的效率

　　据OPERA介绍，容易发生TADF的条件包括S1和T1的能量差ΔEST在0.1eV以下，以及分子形状不容易改变等。另外，要想降低ΔEST，只需尽量减少分子电子轨道中的最高占据轨道(HOMO)和最低未占轨道(LUMO)的重叠即可(图2)。

　　图2：通过分子设计可控制ΔEST

　　影响TADF特性的ΔEST的大小可通过改变分子设计来控制。分子的HOMO和LUMO的重合越少，ΔEST越小。

　　此次，OPERA实际开发的有机EL发光材料是通过苯二腈和咔唑(Cz)基化合而成的“CDCB(carbazolyl dicyanobenzene)”化合物群(图3)。在该材料中，HOMO主要在Cz基侧，LUMO主要在苯二腈部分。所以降低ΔEST的条件凑齐。

　　图3：发光颜色也可以进行系统设计

　　新材料不但发光效率高，发光颜色的设计自由度也比较高。以苯二腈为基础，通过选择对其进行修饰的咔唑基的数量、结合位置以及咔唑基的修饰基，可以选择发光颜色。(照片(b)：九州大学安达研究室)

　　还可控制发光颜色

　　在保持高效率的同时，可广泛选择发光颜色也是此次材料的一大特点。CDCB可以根据与苯二腈结合的Cz基的数量和位置决定发光颜色。

　　OPERA制作了具备天蓝色、绿色、黄绿色、黄色和橙色等发光色的多种CDCB。还制作了采用这些CDCB的有机EL面板。黄色发光材料在光激发时的发光效率只有26±1%，但绿色和黄绿色发光材料的发光效率为74～94%，天蓝色和橙色发光材料约为47%。

　　OPERA的安达认为，“这样就无需磷光材料了”。新材料的发现对有机EL材料的开发会产生巨大影响。