福岡、日本、2021年1月5日 — 九州大学の研究者は、より効率的なOLEDディスプレイにつながる青い光源を導入すると同時に、光の品質や純度に妥協することなく青色光を発しています。光源はエネルギー変換と放出プロセスを分割するエミッタ分子の組み合わせに基づいており、科学者は高効率で純粋な青色発光を生成し、その明るさを維持するデバイスを達成することができます。

さらに、このアプローチでは高価な金属原子を使用する必要はありません。

OLEDs は、薄くて柔軟なディスプレイに展開でき、個々のピクセルをオフにできるため、より深い黒を生成できるため、電力効率も向上するため、他のテクノロジに対して一定の利点があります。しかし、純粋な色で効率的なOLEDディスプレイを追求する上で、青はトラブルスポットの何かであることが証明されています。

“優れた性能を持つ赤と緑のOLDには選択肢が増えていますが、高エネルギーの青色光を発するデバイスは、効率、色純度、コスト、寿命の間でほとんどの場合、トレードオフが発生する方が困難です」と、九州大学OPERA(有機フォトニクス電子研究センター)の研究者で研究の著者であるチン・イーウ・チャンは述べています。

現在、蛍光に基づく安定した青色エミッタは、低い最大効率に苦しんでいるが、市販のディスプレイで使用されています。いわゆる蓄光発光体は、100%の理想的な量子効率を達成することができますが、運用寿命が短く、イリジウムやプラチナなどの高価な材料を必要とします。

代替案を見つけるために、OPERAの研究者はTADF(熱活性化された遅延蛍光)を通じて光を放出する分子を扱ってきました。分子は高価な金属を必要とせずに優れた効率を達成しますが、所望よりも広い範囲の色を放出する傾向があります。

“ディスプレイが作り出すことができる色の範囲は、赤、緑、青のピクセルの純度に直接関係しています」とOPERAのディレクター、足立千早は言いました。「狭いスペクトル内でブルーエミッションが純粋でない場合、色の純度を向上させるためにフィルタが必要ですが、これはエネルギーを無駄にします。

純度の問題を克服するために、クワンセイ学院大学の畠山卓二グループは、高効率の純青色TADFエミッタの有望なデザインを開発しました。しかし、v-DABNAと呼ばれるデザインの分子は、操作中に急速に分解します。

また、HATAKEYAMAと共同で、V-DABNA分子とOPERAで開発された追加のTADF分子を中間高速エネルギー変換器として組み合わせることで、狭い発光を得ながら寿命を大幅に改善できることを発見しました。

“電気料金の4分の3はOLEDSの三つ子と呼ばれるエネルギー状態を形成するために組み合わされ、TADF分子はこれらの無子ッタメトリプレットを発光シングルに変換することができます」と、チャンと密接に協力したOPERAの研究者田中正樹は述べています。しかし、v-DABNAは高エネルギー三つ子の変換がやや遅く、劣化の役割を果たすことがよくあります。危険な三つ子をより迅速に取り除くために、三つ子をより迅速にシングルトに変換できる中間TADF分子が含まれていました。

中間分子は三つ子を素早く変換できますが、広い発光スペクトルを誇り、スカイブルーの発光を生み出します。しかし、高エネルギー状態のシングルの多くをv-DABNAに移し、高速かつ純粋な青色発光を実現することができます。

“ほとんどのエミッタと比較して、v-DABNAが吸収できる波長は、それが発する色に非常に近いです。このユニークなプロパティは、広排出仲介業者からエネルギーの多くを受け取ることができ、まだ純粋な青を放出することができます」と、チャンが言いました。

この方法は、高蛍光と呼ば、研究者は、同様の色純度を有する高効率のOLEDについて、以前に報告されたよりも高い明るさで長い運用寿命を達成することを可能にした。

本質的に同じ電流の2つのデバイスを2倍の放出に積み重ねるこのタンデム構造設計を適用することによって、研究者は(高輝度で)ほぼ2倍の寿命を持つ能力を実証しました。

研究者は最終的に、デバイスがより適度な強度で10,000時間以上明るさの50%を維持できると推定しました。

“これはまだ実用的な用途には短すぎるが、製造条件の厳格な制御は、多くの場合、さらに長い寿命につながるので、これらの最初の結果は、最終的に効率的で安定した純粋な青色OLEDを得るために、このアプローチのための非常に有望な未来を指しています」と、足立が言いました。

研究はネイチャーフォトニクス(www.doi.org/10.1038/s41566-020-00745-z)に掲載されました。

ソース: Photonics.com

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