弾性マイクロフェーズ設計発光体と二重埋め込み電極による高輝度・高伸縮性の本質的に伸縮可能な有機発光ダイオード

皮膚のように伸びる明るい画面

腕に巻く発光バンドが、明るさを落としたり壊れたりすることなく皮膚と一緒に曲がり、ねじれ、伸びる様子を想像してください。本研究はそのビジョンを現実に近づけるもので、単に曲がるだけでなく真に伸縮できる新しいタイプの有機発光ダイオード（OLED）を作り出しました。研究者たちは、大きな伸びにも耐えつつ高い輝度を維持できる発光膜と透明電極の作り方を示しています。このアプローチは、将来のウェアラブルディスプレイ、軟性医療モニタ、衣服のように身に着けられる電子機器の基盤となり得ます。

なぜ従来の画面では追いつけないのか

従来のOLED画面、たとえば現在のスマートフォンや時計に使われる曲げられるディスプレイでさえ、肘や膝、関節周りで起き得る40～100％の伸びに対応するようには設計されていません。発光材料は通常硬く、引っ張られるとひび割れ、電力を供給する透明電極は薄いガラスのように破断しがちです。本質的に伸縮可能なOLEDの目標は、発光膜から配線に至るすべての層を初めから柔らかく伸びるようにすることです。しかしこれまで、高輝度、高エネルギー効率、かつ100％を超える伸びに耐えられる性能を同時に備えたデバイスは存在しませんでした。

発光層をゴムのようにする

研究チームはまずデバイスの中心にある緑色発光膜に着目しました。標準的な発光ポリマーに、わずかに異なる構成要素で作られた三種類の弾性添加剤を混ぜました。重要な洞察は、弾性体が単に伸びるだけでは不十分で、発光ポリマーと分子レベルで滑らかに混ざり合う必要があるという点です。SBSと呼ばれる添加剤を少量使うと、発光材料内で大きな塊を作るのではなく、細かい三次元パターンを形成しました。この構造では、発光ポリマーが電荷の連続的なネットワークを形成し、微小なSBS領域がフィルムが引っ張られたときに機械的応力を分散する内蔵のショックアブソーバーのように働きます。

伸び、強度、光のバランス

この精密に混合された膜は稀なバランスを達成しました：伸縮性が大幅に向上すると同時に電気的・光学的特性も改善されたのです。試験では、約10％のSBSを含む膜が元の膜より数倍の伸びに耐え、ひび割れに強いことが示されました。同時に電気測定は、光を発するために出会う必要のある電子と正孔という二種類の電荷が材料内をより均一に移動できることを明らかにしました。混ざりが悪く大きな内部分離を起こした他の弾性体を使ったブレンドとは異なり、膜の光出力、効率、色安定性はいずれも高いままでした。顕微鏡観察やX線解析は、SBSが発光ポリマーをより規則正しく詰めさせ、電荷と光の経路を増やしつつ、柔らかい領域が機械的応力を逃がしていることを確認しました。

伸縮可能な透明電極の設計

発光層と同じくらい重要なのが、電流を出し入れする透明電極です。研究者たちは銀ナノワイヤを伸縮性プラスチックに織り込み、その下に薄い導電性ポリマー層を加えた新しい「二重埋め込み」電極を作成しました。通常は剥がす工程で破損が生じる繊細なネットワークを、固い表面から剥がす代わりに水上に浮かべて優しく分離させました。出来上がったフィルムは表面が滑らかで透明度が高く、従来設計よりも電導性が大幅に向上していました。それでいて繰り返し伸ばしても抵抗の増加はわずかでした。プラスチックマトリックスは数か月にわたる空気中での損傷や腐食から銀ネットワークを守る役割も果たしました。

記録的な伸縮可能発光デバイス

SBSで強化した発光膜と二重埋め込み電極を組み合わせ、変形可能な液体金属の上部接点を用いて、チームは完全に伸縮可能なOLEDを構築しました。このデバイスは輝度3万カンデラ毎平方メートルを超えるレベルに達し—剛性のある研究室用OLEDと同等—元の長さの最大120％まで伸ばすことができました。さらに15％のひずみで伸縮を100サイクル繰り返しても、初期輝度の約90％を維持しました。日常利用者にとって、これは服や肌に貼る発光パッチやバンドが通常の動作中に曲がり、伸びても暗くなったり壊れたりしない未来を意味します。本研究は、私たちが着る布のように快適で耐久性のある軟らかい光源やディスプレイを設計するための設計図を提供します。

引用: Lu, Z., Huang, J., Liang, Q. et al. Intrinsically stretchable organic light-emitting-diode with high brightness and stretchability via elastic-microphase-engineered emitter and dual-embedded electrode. Light Sci Appl 15, 182 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02271-z

キーワード: 伸縮性OLED, ウェアラブルディスプレイ, 有機エレクトロニクス, 銀ナノワイヤ電極, エラストマーブレンド