乾電池1本（1.5V）で発光する青色有機ELを開発：1.97V印加で発光輝度100cd/m2に

東京工業大学や富山大学、静岡大学らの研究グループは、電圧1.5Vの乾電池1本で発光させることができる「青色有機EL」の開発に成功した。開発した有機ELは、青色発光（波長462nm）を印加電圧1.26Vで確認、1.97Vでは発光輝度が100cd/m2に達した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

2種類の有機分子からなる界面を利用する独自の発光原理で実現

　東京工業大学や富山大学、静岡大学らの研究グループは2023年9月、電圧1.5Vの乾電池1本で発光させることができる「青色有機EL」の開発に成功したと発表した。開発した有機ELは、青色発光（波長462nm）を印加電圧1.26Vで確認、1.97Vでは発光輝度が100cd/m²に達した。

　有機ELは、大画面TVやスマートフォンなどに向けたディスプレイとして需要が拡大している。高コントラストで色彩性が豊かなど、表示性能に優れる。その半面、駆動電圧が高く、消費電力が大きいという課題があった。中でも、青色有機ELの場合、発光させるには一般的に4V程度の電圧を必要とし、素子の長期安定性も低かったという。

　研究グループは今回、2種類の有機分子からなる界面を利用する独自の発光原理で、青色発光を実現した。その発光メカニズムはこうだ。デバイスに注入された電子と正孔（ホール）は、ドナー層とアクセプター層の界面で再結合し、「電荷移動（CT）状態」という励起状態を形成する。

　その後、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。さらに、ドナー層中では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が行われ、青色に発光するという。

左は界面を使った独自の発光原理。右は青色発光体ドナー分子（アントラセン誘導体）、アクセプター分子（ナフタレンジイミド誘導体）の構造［クリックで拡大］ 出所：東京工業大学他

　研究グループは、発光メカニズムを実現するドナー／アクセプター分子について、最適な組み合わせを解明するため、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」を用い、それぞれ詳細に調べた。

　この結果、ドナー／アクセプター分子を適切に組み合わせて試作した有機ELデバイスを用いると、462nmで最大発光強度となる青色発光（光エネルギーで2.68eVの青色の発光）を観測した。実験では印加電圧が1.26Vになると青色の発光を確認できた。その後、1.97Vまで上げていくと、発光輝度は100cd/m²に達した。この値は、スマートフォンのディスプレイに相当する発光輝度だという。

開発した青色有機ELの発光スペクトル（左）と輝度−電圧特性（中央）および、乾電池（1.5V）1本で青に光る写真（右）［クリックで拡大］ 出所：東京工業大学他

　研究グループは、試作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、連続駆動した時の輝度低下を測定した。この結果、従来の青色りん光有機EL素子と比べ、素子寿命は約90倍長いことが分かった。

　今回の研究成果は、東京工業大学科学技術創成研究院フロンティア材料研究所／大阪大学接合科学研究所の伊澤誠一郎准教授（科学技術振興機構（JST）さきがけ研究者兼務）、富山大学の森本勝大准教授、静岡大学の藤本圭佑助教らによるものである。