20240723_01_01国立大学法人東京農工大学大学院工学研究院生命機能科学部門の田中正樹助教と国立大学法人九州大学 最先端有機光エレクトロニクス研究センターの安達千波矢教授らの研究グループは、有機ELデバイスを構成する有機薄膜の自発分極や電荷輸送特性を精密に制御することで、高性能な有機ELデバイスの開発に成功しました。
本研究では、デバイス劣化の一因である過剰な電荷蓄積を抑制するために、有機薄膜の自発分極および電荷輸送バランスを最適化する分子（ホスト分子）を新たに開発し、発光分子が有する性能を最大限に引き出すことで、デバイスの性能向上を実現しました。この成果により、今後、有機ELデバイスの精密設計が可能となり、デバイスのさらなる高性能化につながると期待されます。





有機発光ダイオード（有機EL）はディスプレイとしてすでに応用されており、私たちにとって身近な存在となりつつあります。しかしながら、ディスプレイの高輝度駆動やレーザー応用を見据えると有機ELデバイスの駆動耐久性は未だ十分とは言えず、さらなる高耐久化に向けた研究が材料とデバイスの両面から行われています。デバイス劣化メカニズムの一つと考えられているのが、電荷-励起子または励起子-励起子の衝突による励起子消光です。
　励起子消光を抑制するためには、発光層内における電荷および励起子の蓄積密度を最小限にする必要があります。近年の研究で、有機薄膜の自発分極が電荷蓄積を引き起こし、有機ELの耐久性を低下させることが明らかになってきました。

薄膜の自発分極は、真空蒸着による成膜の際に分子の永久双極子モーメントが自発的に配向分極することで生じ、薄膜表面に数Vの表面電位を発生させます。配向分極のメカニズムは未解明の部分が多いことに加えて、発光層には発光分子とホスト分子との混合（共蒸着）薄膜が用いられるため、発光層の自発分極を能動的に制御することは困難でした。さらに、発光層の電荷輸送バランスも合わせて考慮する必要があり、様々な条件を満たす発光層の設計指針は未開拓でした。
　田中助教らの研究グループはこれまでに、大きな自発分極を形成する極性分子の開発に成功しており（M. Tanaka et al., Nature Materials 21, 815-825 (2022)）、本研究ではこの知見を基に、発光分子の自発的な配向分極をほぼ完全に打ち消すことができるホスト分子を開発し、高性能有機ELデバイスの開発に成功しました。