セレンを埋め込んだ多重共鳴フレームワークに基づく、輝度10,000 cd m−2で効率25.6%の赤色OLED

貴金属を使わずに、より明るく赤みの強い画面へ

現代のスマートフォン、テレビ、VRヘッドセットはいずれも、画面を鮮やかに描くためにOLEDという微小な光源を利用しています。深みのある純粋な赤色を、高輝度でも明るく効率良く維持することは、特にイリジウムのような高価な貴金属を用いずに実現するのが長年の難題でした。本論文は、高輝度時でも効率を保てる赤色発光材料の新しい設計法を示しており、より鮮明で省エネ、かつ製造コストの低いディスプレイへの道を示しています。

なぜ赤色は扱いが難しいのか

OLEDは非常に薄い有機層内で電気エネルギーを光に変換することで動作します。超高精細ディスプレイの要求を満たすには、色純度が高くかつ効率の良い光が求められます。多重共鳴型のTADFエミッターは、青や緑ではこの両立が可能で有望ですが、赤色では遅れを取ってきました。高輝度では、これらの赤色エミッターは多くの励起状態を熱として失い、光に変換しきれない――いわゆる効率ロールオフが生じます。その根本原因は、特定の励起状態を再利用する速度が遅いためにそれらの状態が蓄積し、互いに衝突して消滅してしまうことです。

単一原子の追加が勝負を分ける

研究者らはこのボトルネックに対処するため、発光分子の枠組みを単一のより重い原子、セレンを中心に微妙に再設計しました。狭帯域でクリーンな発光を示す既知の分子骨格を出発点とし、重要な位置に硫黄またはセレンを導入し、凝集を防ぐためにかさ高い側鎖で構造を固定しました。計算とX線解析は、セレン置換が分子をわずかに歪ませ、暗い三重項状態を再び明るい一重項状態に戻す際の電子状態間の相互作用を強めることを示しています。この組み合わせにより、橋渡しすべきエネルギーギャップが縮小し、変換を可能にする内部結合が強化され、再循環プロセスを高速化することが可能になります。

高速な再循環をデバイス性能に変える

溶液および薄膜での測定は、セレンを基盤とした分子（tFSeBN）が約607ナノメートル付近で狭い赤色発光を示し、吸収エネルギーの約98%を光に変換するなどほとんど損失がないことを確認しました。時間分解実験は遅延発光が強くかつ異常に速いことを示し、三重項状態が効率よく回収されていることを示唆します。完全なOLEDデバイスに組み込むと、tFSeBNは中程度の輝度で外部量子効率（EQE）およそ35%を達成し、非常に高い輝度である10,000 cd m−2でもその効率の4分の1以上を維持します。セレンを含まない類似分子と比べ、高輝度での性能は飛躍的に良く、励起子の迅速な再循環が通常の効率ロールオフを大幅に抑えることを実証しています。

新分子をエネルギー仲介役として使う

tFSeBNはエネルギーの捕捉と再放出が非常に得意であるため、研究チームはこれを「センシタイザー」として、別の超高純度赤色エミッターへエネルギーを渡す用途も検討しました。この配置では、tFSeBNがまず電気励起を集め、それを長距離エネルギー移動を介してRBNO2というより深い赤色を放つ分子に渡します。分子設計を工夫して長距離の強い移動を確保しつつ、エネルギー損失を引き起こす短距離経路を遮断します。この手法により、BT.2020に近い厳しい色規格に合致する純赤色発光を達成し、RBNO2単独に比べて効率を3倍以上に高め、実用的な画面輝度でも良好な性能を維持します。

今後のディスプレイに与える意義

専門外の読者に向けた要点は、発光分子内部のわずか1つの原子を置き換えるだけで、高性能赤色OLEDの大きな障壁を克服できることを示した点です。セレンを精密に調整されたフレームワークに埋め込むことで、激しく駆動してもほとんど無駄なく明るい赤色を発する材料が生まれ、他の赤色エミッターの性能も引き上げられます。この単一原子によるエンジニアリング戦略は、貴金属を用いない効率的な赤色ピクセルへの道を開き、将来のディスプレイをより色鮮やかで省エネに、そして製造コストの低減につながる可能性を示しています。

引用: Pu, Y., Cai, X., Li, C. et al. Red OLED with efficiency of 25.6% at 10,000 cd m⁻² based on selenium embedding multiple resonance framework. Light Sci Appl 15, 191 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02220-w

キーワード: 赤色OLED, TADF材料, 多重共鳴エミッター, セレンドーピング, ハイパーフルオレッセントディスプレイ