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CINNO Research產業資訊，日本茨城大學和近畿大學6月13日宣布，對固體及薄膜等聚合狀態下發出圓偏振光的"聚合誘導增強圓偏振發光（AIEnh-CPL）材料"，即手性 "苝酰亞胺衍生物"進行了時間分辨發光測量。通過測量，發現了聚合狀態下的發光物質種類，同時也確認到即使在真空蒸鍍膜中也能夠發出圓偏振光。

 

根據日媒news.mynavi報道，此外，通過對單體以及二聚體進行量子化學計算，研究小組揭示了聚合態下的圓二色性機制，同時宣布通過使用手性苝酰亞胺衍生物作為發射層制造OLED Device，成功開發出發射圓偏振光的OLED Device。

 

據日媒Mynavi報道，這一研究成果是由茨城大學研究生院理工學的西川浩之教授和山口央教授、近畿大學理工學部的今井喜胤副教授，以及產業技術綜合研究所電子光基礎技術研究部溝黑登志子高級研究員等人組成的研究小組取得。研究詳情發表在日本化學會出版的歐洲科學雜志《Bulletin of the Chemical Society of Japan》上。

 

一般來說，有機熒光材料在溶液中孤立狀態下會發出強光，而在聚合狀態下會被淬滅，即發生聚合誘導淬滅（ACQ）。而另一方面，圓偏振發光（CPL）被認為需要發光團塊的手性空間排列，因此CPL Device需要即使在聚合狀態下也能發光的材料。

 

手性過二酰亞胺衍生物"(S,S)-BPP "和"(R,R)-BPP"（兩者合稱手性BPP），在溶液狀態不顯示CPL，但被證實分散在聚合物薄膜或KBr顆粒中等的固體狀態下是顯示CPL的AIEnh-CPL材料。由于手性BPP在聚合狀態下表現出CPL，因此被認為適用于CP-OLED的發光層。因此，研究小組在闡明對于在CP-OLED中的應用至關重要的手性BPP在薄膜狀態下的光學特性的同時，試圖進一步闡釋這種材料在聚合狀態下表現出圓偏振光特性的機制。

 

具體來說，為闡明手性BPP聚合狀態的光物理特性，研究小組測定了氯仿溶液的熒光光譜的濃度依賴性。結果顯示，在高濃度溶液中觀測到了在稀釋溶液中未被觀測到的長波長區域中存在的新發射帶，并且在真空蒸鍍膜的熒光光譜中，也在濃縮溶液中觀測的長波長區域內觀測到寬的發射，因此研究小組指出，這個長波長區域的發射可能源于BPP的聚合。

 

此外，為闡明溶液和薄膜中的發光物質，研究小組對稀釋溶液、濃縮溶液和薄膜進行了時間分辨熒光光譜分析，發現與稀釋溶液不同，在濃縮溶液中至少有兩種以上的化學物質種類存在。研究小組對發光物質的壽命進行評估顯示，在稀釋溶液中是來自單分子發光，而在濃縮溶液中由于分子間π-π相互作用而產生的二聚體和激發體成為發光物質，薄膜與溶液的光譜不同，由于在長波長區域觀測到寬發射，因此從熒光壽命的解析也表明，二聚體和弱相互作用的準分子也是薄膜中的發光物質。

 

研究小組通過圓二色性（CD）和CPL光譜的測量表明，在真空蒸鍍膜以及聚合物分散膜和KBr顆粒中都觀測到了CD和CPL光譜，并且在薄膜狀態下形成了二聚體和準分子，對單分子和二聚體進行量子化學計算結果顯示，單分子有大的電躍遷偶極矩，幾乎沒有磁躍遷偶極矩，而在扭曲和堆積的二聚體中，電躍遷偶極矩和磁躍遷偶極矩兩者都存在，并且確認出每個瞬時角度都接近180度。

 

針對這一結果，研究小組解釋說，手性BPP薄膜中BPP分子的手性聚合結構是造成該物質手性光學特性的原因。基于這一發現，研究小組制造出了使用手性 BPP 作為 CPL 發光材料的OLED Device，盡管設備結構簡單，但成功地觀測到了電場圓偏振光發射。

 

 

（上）手性苝酰亞胺衍生物（S，S）-BPP 和（R，R）-BPP。 （下）手性 BPP 中的聚合誘導增強圓偏振光發射（圖片來源：茨城大學官網）

 

今后，研究小組計劃通過研究多層結構的Device來優化EL特性，并通過控制分子間的相互作用來改善圓偏振特性，預計本次研究成果將為以AIEnh-CPL材料作為發光材料的CP-OLED的開發研究提供有益信息，為開發更高性能的CP-OLED做出貢獻。