ピョートル・トラスカ著 | 夜光虫 | https://noctiluca.eu/
OLED（有機発光ダイオード） は、有機発光体の薄膜を利用したディスプレイ技術で 光を放つ 有機ELディスプレイは、特定の色に発光するディスプレイである。有機ELディスプレイの構造上、重要な役割を果たすのが有機ELエミッターと呼ばれる粉末状の化合物で、電流を流して発光させる。有機ELディスプレイの画質、色の濃さ、光の強さは、その大部分が発光素子のパラメータに依存しており、このパラメータは業界の発展とともに進化してきた。
有機EL技術は、発光体の特性によって4つの世代に分類され、それによって使用するダイオードの特性が決まる。第1世代：蛍光ダイオード、第2世代：燐光ダイオード、第3世代：TADF効果、第4世代：過蛍光ダイオードです。夜光虫は、第3世代、第4世代の有機EL TADFエミッターシステムを開発し、既存技術の代替品となることを目指します。なぜ、そうなるのか？全世代を分析しながら、その答えを見つけ出していきましょう。
第一世代の発光体、いわゆる "蛍光灯型有機EL"
第一世代の有機ELディスプレイは蛍光性有機ELと呼ばれ、有機発光体を使用している。物理学の基本法則により、異なる多重度の状態間のシステム間交差（ISC）は不可能であるため、S1→S0遷移のみが許容され、放射性を持つ。電気的に励起されると、生成された励起子のうち25%だけが一重項励起子であり、放射性を持つ。残りの75%は三重項であり、発光には関与しない。このため、蛍光性有機ELの内部量子効率（IQE）は25％、外部量子効率（EQE）は数％に抑えられている。
現在最も一般的な第2世代エミッター
残りの75%の励起子を利用するために、無機金属錯体が発見され、第二世代の有機EL発光体と名づけられた。イリジウムや白金などの希少金属が存在すると、非常に強いスピン軌道相互作用が生じるため、燐光発光体ではT1→S0遷移が放射化し、S1-T1間のISC過程も起こる。この方法により、理論的には形成された励起子を最大100%発光に利用することができ、外部量子効率も最大100%となる。最も優れた燐光有機ELの外部量子効率は約30％である。
燐光発光体は高効率で有機ELへの応用が期待されていますが、高価で有害な希土類金属や貴金属が錯体構造中に存在し、リサイクルの問題があるため、工業規模での応用には限界があります。また、ディスプレイの発光の70％を占める青色発光体は、これまで第2世代のものがほとんどありませんでした。
TADF - 第3世代、第4世代エミッター
第1世代、第2世代の発光体の問題点から、金属を含まない効率的な発光体の研究が盛んに行われるようになった。そのひとつが、熱活性化遅延蛍光（TADF）である。TADF発光体は、適切な設計により、S1状態とT1状態の間のエネルギー差（ΔEST）が非常に小さくなっている。三重項状態での励起子寿命が十分に長い場合、RISCプロセスが許容され、熱的に活性化される。三重項励起子は一重項励起子-発光性-に変換され、遅延蛍光の発光が起こる。IQEの理論的な最大値は100%である。
有機ELの技術開発は第3世代で止まっているわけではありません。次世代に求められるのは、高効率、高色純度、そして長寿命である。これらの条件を満たす最も有望なアプローチのひとつが、九州大学の科学者が開発した概念である「超蛍光」です。ハイパー蛍光は、足立らのグループがこのアプローチを開発した2013年以降に知られるようになった用語である。ハイパー蛍光では、TADF分子はエミッターとしてではなく、ホストから蛍光ドーパントに励起を効率的に伝達する役割を果たす。TADFのメカニズムでは、電気的に発生した三重項励起子が一重項励起子に変換され、FRETを通じて蛍光ドーパントのS1状態が満たされ発光が起こる。この方法は、発光帯域が極めて狭く、安定性に優れ、色純度が高いという点で魅力的である。超蛍光に対するIQEの理論的限界は100%である。
なぜ第3世代、第4世代のエミッタが必要なのでしょうか？
TADF発光素子は、多くの問題を解決してくれるため、今後、有機EL産業の成長を牽引していくことが期待されています。
- 5G携帯は4G携帯より最大33%消費電力が高く、折りたたみ式デバイスはより大きなディスプレイを可能にし、スリムなデザインはバッテリーのためのスペースを少なくする。これらを考慮すると、第3および第4世代のエミッターを備えた有機ELディスプレイは、現在のエネルギー消費を最大で30%削減することができる。
- 環境にやさしい - 第3世代、第4世代の有機ELディスプレイは、重金属や希土類元素を必要としません。
- 価格が安い
- デバイスの寿命を延ばし、ディスプレイの焼き付き現象をなくすことができる。
- 付加価値：第2世代では実現できなかった効率的な青色発光体
有機EL市場では、ここ数年、第2世代発光素子の採用が急速に進んでいるが、すべての色で採用されているわけではない。緑と赤の発光効率は向上しているが、高品質の青色発光素子の製造は難しく、市場ではまだ第1世代の青色発光素子が使用されている。
有機EL発光体メーカーの最大の技術目標は、次世代発光体（第3世代、第4世代有機EL）の創出と実用化であり、青色発光体に関する技術的障壁を打破することである。しかし、現在までに実用化された有効な第3世代、第4世代のRGB発光素子は世界に存在しない（黄色の単色表示によるユースケースは1つ展開されている）。第3世代、第4世代の発光素子の実現は、まさに技術的なブレークスルーとなる。 [This is automatically translated from English]