東工大ら,世界最小電圧で光る青色有機ELを開発

東京工業大学,大阪大学,富山大学,静岡大学,分子科学研究所は,乾電池(1.5V)1本をつなぐだけで光る,世界最小電圧で発光する青色有機ELの開発に成功した(ニュースリリース)。

有機ELはテレビやスマートフォンディスプレーなどで実用化されている一方で,駆動電圧が高く消費電力が大きいという問題を抱える。特に赤,緑,青の光の三原色の中で最もエネルギーが大きな青色の発光を得るのが一番難しく,通常は4V程度の電圧が必要となっている。

研究グループは,2種類の有機分子の界面を使った独自の発光原理を使って,1.5Vの乾電池1本という超低電圧で光る青色有機ELを開発した。

その発光メカニズムは,まず電子と正孔がデバイスに注入された後で,2種類の電子ドナー/アクセプター分子の層の界面で再結合を起こし,電荷移動(CT)状態という励起状態を形成する。次に,CT状態からエネルギー移動が起こり,ドナー層中で三重項励起状態(T1)を生成する。

その後,ドナー層中で,2つの三重項励起状態から,三重項―三重項消滅により高エネルギーの一重項励起状態(S1)を作り出すアップコンバージョン過程を経て,青色発光を実現する。

この発光メカニズムを実現するドナー/アクセプター分子の組み合わせを明らかにするため,青色発光を示すドナー分子として5種類のアントラセン誘導体を,アクセプター分子として14種類のナフタレンジイミド誘導体を探索した。

これらのドナー/アクセプター分子から最適な組み合わせを用い有機ELデバイスを作製したところ,462nmに最大発光強度をもつ青色発光(光エネルギーで2.68eVの青色の発光)が観測された。

印加電圧に対する発光輝度の立ち上がりを測定したところ,青色発光が1.26Vという超低電圧から認められ,スマートフォンディスプレー程度の発光輝度である100cd/m2には1.97Vで到達した。

このように1.26Vという超低電圧で青色の発光が認められたことから,乾電池1本(1.5V)をつなげるだけで青色光を得ることに成功した。

また,今回開発した素子の安定性を検証するため,発光輝度が1000cd/m2の状態で連続駆動した際の輝度の低下を,従来報告されている青色りん光の有機EL素子と比較した。その結果,従来の青色りん光素子と比較して,90倍程度,素子寿命が長いことがわかった。

研究グループは,今後はこの技術をディスプレー機器へ応用するため,より色純度が高い,スペクトル幅が狭線な青色発光を低電圧で実現することを目指すとしている。

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