OLEDの効率と寿命を向上させる新たな解析モデル 有機発光ダイオード（OLED）は、有機化合物を利用した光発生デバイスで、従来のLEDよりも効率性が高く、薄型化や柔軟性も特徴としています。また、映像品質の動的範囲が広く、高品質な表示を可能にするのが魅力です。これらの特性をさらに向上させるためには、OLEDの基本的な化学と物理学を理解することが重要です。 九州大学の研究チームは、OLED材料におけるエキシトンの動態を詳細に解明する新たな解析モデルを開発しました。この成果は『Nature Communications』に発表され、OLEDデバイスの寿命延長や、より先進的で効率的な材料の開発を加速する可能性があります。 OLEDなどの蛍光デバイスでは、エキシトンと呼ばれる励起電子が光を放出します。原子にエネルギーを加えると、電子は励起し、より高いエネルギー状態に飛び立ちます。その後、通常のエネルギー状態に戻る際にfluorescence（蛍光）が発生します。 エキシトンは、シングレット状態（S1）とトリプレット状態（T1）の2つの異なる状態に入ることができます。蛍光はシングレット状態から放出されるため、トリプレットエキシトンをシングレットに変換できると、効率が大幅に向上します。 「熱活性遅延蛍光（TADF）材料の開発は、OLED研究における大きなブレークスルーでした。これらの材料はS1とT1の間のエネルギー差（ΔEst）を小さくすることで、トリプレットエキシトンがシングレットへ転移しやすくなり、より多くの蛍光を生むことが可能です」と、九州大学のオペラ（有機光電子学研究所）-professor（教授）である千葉千葉教授は説明します。 しかし、ΔEstの測定手法には問題がありました。標準的な測定方法は主观的で、条件に依存しているため、時に信頼性が低くなることがあります。「新素材の開発で量子計算を使ってΔEstを予測しますが、全電子の挙動を理論的に計算することは困難です。そのため、一部の仮定に基づいて計算を進めますが、これにより実験値と理論値に乖離が生じることがありました」と、本研究の筆頭著者の土屋勇一准教授は述べています。 九州大学の研究チームは、物理化学の基本理論を基にして、より正確にΔEstを推定できるモデルの開発に成功しました。「新しい解析方法では、トリプレットエネルギー状態間のエキシトン遷移も考慮に入れました。これによって、有機分子の励起状態構造を詳細に描写することが可能になり、高効率の発光材料の研究開発に貢献するでしょう」と千葉教授は期待しています。 この方法は他のTADF素材にも適用され、「今後のOLED研究でのエキシトン動態の明確化に役立つでしょう」と千葉教授は結論付けています。さらには、AIを活用して新素材の特性を正確に予測する研究も計画されています。