円偏光を発生させる第3世代円偏光有機発光ダイオードを開発――3D表示用有機ELの製造などに期待近畿大学と大阪公立大学

近畿大学および大阪公立大学は2023年10月23日、両大学の共同研究チームが、円偏光を発生させる第3世代円偏光有機発光ダイオードを開発したと発表した。

円偏光とは、らせん状に回転し、特定の方向に振動する光を指す。円偏光を発生させる有機発光ダイオードは、3D表示用有機ELディスプレイなどに用いる新技術として注目を集めている。

現在、光学活性な分子で構成された材料により円偏光有機発光ダイオードを作製し、右回転または左回転の円偏光を発生させる手法が多く用いられている。

このような発光ダイオードの材料としては、第1世代となる蛍光材料、第2世代となるリン光材料があり、主に携帯電話のディスプレイなどで実用化されている。

蛍光材料は比較的安価に合成できるものの、同材料を用いた有機発光ダイオードは発光量子効率が低い。また、リン光材料は発光量子効率が良いものの、レアメタルを用いるためデバイス製造コストが高い点が課題となっている。

このため、レアメタルではなく炭素や水素などを含む安価な材料で構成され、エネルギー変換効率も高い熱活性型遅延蛍光（TADF）材料が注目されている。

今回の研究では、TADF材料の1,2,3,5-テトラキス（カルバゾール-9-イル）-4,6-ジシアノベンゼン（4CzIPN）を用いて、第3世代緑色有機発光ダイオードを作製した。

4CzIPN

このダイオードに対して外部から磁力を加えることで、緑色の円偏光が発生した。また、加える磁力の方向を変えることで、円偏光の回転方向を制御できることが判明している。

さらに、同発光ダイオードのエネルギーの変換効率の最大値は15.5％に達した。蛍光材料の理論限界である約5％を大きく超過している。このことから、三重項状態にある4CzIPNからのアップコンバージョンを経て得られる第3世代の蛍光からも、円偏光が発生していることが判明した。

今回の研究結果により、円偏光有機発光ダイオードの発光量子効率を理論上の限界まで引き上げることが可能となった。製造コストの低減が期待できる。

将来的には、TADF分子と蛍光分子を用いた第4世代のフルカラー3D表示用有機ELディスプレイなどの製造や、次世代セキュリティ認証技術の実用化に寄与することが期待される。

円偏光を発生させる第3世代円偏光有機発光ダイオードを開発――3D表示用有機ELの製造などに期待　近畿大学と大阪公立大学