OLEDの2023年研究ハイライト

有機EL（OLED: Organic Light-Emitting Diode）は、スマートフォンや有機ELテレビに使われている、自ら光る薄いディスプレイ技術です。本記事では、2023年に報告された代表的な研究をもとに、「色がより純粋に」「効率よく光る」ための最前線をやさしく紹介します。

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1. OLEDとは？（かんたん解説）

• 電気を流すと分子が光る「有機材料」のランプ。
• 1つ1つが赤・緑・青の小さな「光る点（画素）」になり、たくさん並べると画面になります。
• 自ら光るので、黒がはっきり・コントラストが高く、薄く・軽く作れるのが特長です。

近年の研究テーマは、大きく次の3つです。

1. 少ない電力で明るく光る（高効率）
2. 赤・緑・青の「色のにじみ」を減らし、色を純粋にする（高色純度）
3. 長寿命で、量産もしやすい材料・構造にする

2023年は、この3つを同時に追いかけた成果が数多く報告されました。

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2. 「超純粋な緑」OLED：色のにじみを極限まで減らす

Fan らは、有機ホウ素を含む新しい緑色発光分子「DBTN-2」を設計しました。
分子の骨格を「ねじれた一体構造」にすることで、励起状態と基底状態の形の変化を小さくし、光の色の広がり（スペクトル幅）を非常に狭くしています。

• 発光スペクトルの半値幅はおよそ 20 nm と非常にシャープ
• 国際的な表示規格が求めるレベルの「超純粋な緑色」を実現
• 外部量子効率（取り出せる光の割合）も約 35 % と高い

⇒ 緑の「絵の具の発色」を究極まで良くしたようなイメージで、広色域テレビや高精細スマホに向いた成果です。

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3. 記録更新レベルの青・深青TADF材料

OLEDでは特に「青色」を高効率で出すのが難題です。エネルギーが高いため、光る前に失われるエネルギーが多くなりがちだからです。
Fu らは、硬くてずれにくい分子骨格と、弱い電子供与体・受容体を組み合わせた「熱活性化遅延蛍光（TADF）」分子を開発しました。

これらの分子は、

• 発光量子収率がおよそ 99 %（ほぼすべての励起状態が光になる）
• 分子の向きが基板とほぼ平行（水平配向）で、光を外に出しやすい

という特徴を持ちます。

その結果、青・深青OLEDとして外部量子効率 40 % 超という、当時の記録級の高効率が報告されています。

⇒ 同じ明るさでも消費電力を大きく減らせる「省エネ青色画素」につながる成果です。

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4. 塗って作れる「純赤」MR-TADF

大型テレビやマイクロディスプレイでは、インクジェット印刷など「塗って作る」プロセスが重要になっています。
Cai らは、「多重共鳴（Multiple Resonance, MR）」型のTADF分子を工夫し、溶液プロセスで扱える純赤色発光分子 BN-R を開発しました。

• 624 nm 付近に鋭い赤色のピークを持ち、半値幅も 50 nm 以下と狭い
• 深みのある赤色を表現できる高い色純度
• 塗布型OLEDとして 20 % を超える外部量子効率と、実用レベルの寿命（1000 cd/m²で千時間オーダー）を達成

⇒ 「印刷で作れて、しかも色がきれいな赤色OLED」という、量産と画質の両立に向けた一歩です。

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5. 色純度と安定性を両立する新しい分子設計

2023年には、複数の研究グループが「多重共鳴TADF」をさらに使いやすくするための分子設計も提案しました。

• Chen らは、MR発光骨格に三フェニルアミン（TPA）をつないだ分子を設計し、

  • 近づいて集まるほど光りやすくなる「集光発光（AIE）」の性質を持たせ
  • TADFに必要なエネルギーのやり取り（逆系間交差）を速くする
    ことで、狭いスペクトル幅と高効率を両立しました。

• Wang らは、芳香環の中に窒素原子を入れる位置を少しずつ変えた分子のシリーズを作り、「どこに窒素を入れると、何色に・どれくらい狭い帯域で光るか」を系統的に調べました。

  • その結果、純粋な緑色で高効率（外部量子効率 37 % 程度）を示す分子も見いだされ、色設計の「分子レベルの色見本帳」のような役割を果たしています。

⇒ ディスプレイメーカーが要求する色座標・効率・寿命を満たすための「設計ルール」が整理されつつあります。

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6. 私たちの生活へのインパクト

これらの研究は、すぐに身の回りの製品の見た目を変えるかもしれません。

• スマホやテレビの色がより鮮やかに、自然に見える
• 同じ明るさでもバッテリーや電力消費を減らせる
• AR/VR用の超高精細・高色純度ディスプレイの実現に近づく

一見すると非常に専門的な「分子設計」の研究ですが、その先には、私たちが毎日眺める画面の「見やすさ・美しさ・省エネ化」がつながっています。

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関連論文（研究者向け）

• X.-C. Fan et al., Nat. Photonics 17, 280 (2023).
• Y. Fu et al., Nat. Commun. 14, 2019 (2023).
• X. Cai et al., Angew. Chem. Int. Ed. 62, e202216473 (2023).
• G.-W. Chen et al., Adv. Funct. Mater. 33, 2211893 (2023).
• Q.-Y. Wang et al., Angew. Chem. Int. Ed. 62, e202301930 (2023).

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OLED Research Highlights 2023

Organic light-emitting diodes (OLEDs) are thin, self-emissive light sources used in smartphones, high-end TVs and many other displays. In 2023, several key papers reported new materials that make OLEDs more efficient and give them purer colors. This article explains these advances in an accessible way.

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1. What is an OLED?

• Organic molecules emit light when an electric current flows.
• Tiny red, green and blue OLED pixels are combined to form an image.
• Because OLEDs emit light by themselves, displays can be very thin, show deep blacks and high contrast, and can be made on flexible substrates.

Current research focuses on three main goals:

1. Higher efficiency: more light from the same electric power
2. Higher color purity: less spectral broadening so that red, green and blue are very “pure”
3. Long lifetime and compatibility with mass production

The 2023 papers highlighted below work towards these goals at the same time.

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2. Ultrapure green OLEDs

Fan and co-workers designed a new green-emitting molecule called DBTN-2 containing boron.
By building a highly distorted but rigid fused π-conjugated framework,

• the molecular shape changes only slightly between the ground and excited states, so the emission spectrum becomes very narrow, and
• the excited-state properties allow efficient harvesting of both singlet and triplet excitons.

As a result, the device shows an extremely narrow green emission band (full width at half maximum ≈ 20 nm) and meets commercial requirements for green display pixels, while keeping the external quantum efficiency around 35%.

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3. Record-level blue and deep-blue TADF materials

Blue OLEDs are particularly difficult to make efficient and stable.
Fu and colleagues reported new thermally activated delayed fluorescence (TADF) emitters based on a rigid acceptor–donor structure.

These molecules show:

• very high photoluminescence quantum yields (~99%), and
• strongly horizontal transition dipoles, which help light escape from the device.

Using these emitters, blue and deep-blue OLEDs reached external quantum efficiencies above 40%, which was a record level at the time. This means significantly lower power consumption for the same brightness, especially important for portable devices.

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4. Solution-processable pure-red MR-TADF emitters

For large-area TVs and micro-displays, solution processing (such as ink-jet printing) is an attractive manufacturing method.
Cai and co-workers developed a multiple-resonance-type TADF emitter, BN-R, that works well in solution-processed devices.

• It emits pure red light around 624 nm with a narrow spectral width (< 50 nm).
• Solution-processed OLEDs using BN-R achieved external quantum efficiencies above 20% and practical device lifetimes.

This work shows that high color purity and high efficiency are compatible with printing-type fabrication.

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5. New molecular design rules for color purity and stability

Several groups in 2023 proposed molecular design strategies that make multiple-resonance TADF emitters more practical.

• Chen and co-workers attached triphenylamine groups to an MR core, giving the emitters aggregation-induced emission enhancement (AIEE) and faster reverse intersystem crossing. This helps to suppress quenching in the solid state while keeping narrowband emission.
• Wang and co-workers systematically changed the positions of nitrogen atoms in a polycyclic aromatic framework. This “nitrogen-atom embedding” strategy allows fine tuning of the emission color while maintaining high color purity and efficiency. Some of their molecules show ultrapure green emission with external quantum efficiencies around 37%.

Together, these studies provide “design maps” that device engineers can use to choose emitters with the desired color and performance.

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6. How will this impact everyday life?

Although these results come from fundamental chemistry and physics, their impact is easy to imagine:

• Displays with more vivid and accurate colors
• Lower power consumption for smartphones, tablets and TVs
• Better displays for AR/VR and professional imaging applications

In short, advances in molecular design in 2023 are bringing us closer to displays that are not only beautiful to look at, but also more energy-efficient and environmentally friendly.

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References (for further reading)

• X.-C. Fan et al., Nat. Photonics 17, 280 (2023).
• Y. Fu et al., Nat. Commun. 14, 2019 (2023).
• X. Cai et al., Angew. Chem. Int. Ed. 62, e202216473 (2023).
• G.-W. Chen et al., Adv. Funct. Mater. 33, 2211893 (2023).
• Q.-Y. Wang et al., Angew. Chem. Int. Ed. 62, e202301930 (2023).