フレキシブル＆高機能有機ELの最前線（日本語）
1. このページのねらい
このページでは、ファイル内に含まれる フロンティア系 OLED 関連論文（Nano-Micro Letters, Science, Nature Communications）をもとに、
- フレキシブルデバイス向け超透明メッシュ電極
- 3D表示などに応用可能な円偏光有機EL
- 高色純度・高効率なディープレッド MR-TADF 発光材料
という 3 つの視点から、有機EL研究の最前線を「一般の方向け」にやさしく紹介します。
2. 論文一覧（このページで紹介するもの）
- Ultra-Transparent and Multifunctional IZVO Mesh Electrodes for Next-Generation Flexible Optoelectronics
K. A. Nirmal et al., Nano-Micro Letters, 17 (2025), 12, 10.1007/s40820-024-01525-y. - Circularly polarized electroluminescence from chiral supramolecular semiconductor thin films
R. Chowdhury et al., Science, 387 (2025), 1175–1181, 10.1126/science.adt3011. - Sulfur-locked multiple resonance emitters for high performance orange-red/deep-red OLEDs
Y.-X. Pu et al., Nature Communications, 16 (2025), 332, 10.1038/s41467-024-55680-2.
（いずれも、Web of Science 形式のレコードとしてファイルに含まれている論文です。）
3. 次世代フレキシブル OLED を支える「超透明メッシュ電極」
— Nirmal ら, Nano-Micro Letters (2025)
3-1. なぜ「電極」が重要か？
有機ELは、有機薄膜の「間」に置かれた電極から電子と正孔を注入して光らせます。
スマホやテレビではガラス基板＋ITO が使われることが多いですが、
- フレキシブル化（曲げる・伸ばす）
- 超高透過（下の層を見せたい）
- 高い導電性と機械的強度の両立
が求められると、従来の一様な金属酸化物膜だけでは限界が見えてきます。
3-2. 自己割れを利用した「メッシュ電極」
Nirmal らは、自己クラック（self-cracking）を利用したテンプレートで、
バナジウムをドープしたインジウム亜鉛酸化物（vanadium-doped indium zinc oxide, IZVO）のメッシュ電極（mIZVO）を作製しました。
- 光透過率：約 97.4 % と非常に高い
- 面抵抗：21.24 Ω/sq と低抵抗
- ワークファンクション：5.16 eV 程度で、有機層との整合性も良好
- 曲げに強く、繰り返し変形でも電気特性が安定
という、フレキシブル光デバイスに理想的な特性を示しています。
3-3. OLED・有機太陽電池・メモリ素子に 1 枚で対応
この mIZVO 電極を用いて著者らは、
- 有機太陽電池（OSC）：14.38 % の変換効率
- 有機EL（OLED）：18.06 % の外部量子効率 (EQE)
- フレキシブル透明メモリ（メムリスタ）：シナプス機能の模擬
を同じ種類の電極で実現しました。
1 枚の「超透明メッシュ電極」で、
- 発電（OSC）
- 表示・発光（OLED）
- 記憶・演算（メモリ／ニューロモルフィック）
を兼ねることができる、という点が非常に面白いところです。
ウェアラブルデバイスやソフトロボットなど、しなやかな電子機器に向けたキーデバイスになることが期待されています。
4. 円偏光を出す有機EL：キラルな超分子薄膜の挑戦
— Chowdhury ら, Science (2025)
4-1. 円偏光とは？
光は波として振動しており、その振動方向がくるくる回りながら進む光を円偏光と呼びます。
- 右回り（RCP）
- 左回り（LCP）
の 2 種類があり、3D表示やホログラフィ、スピントロニクスなどへの応用が期待されています。
4-2. 「ねじれた」分子集合体から円偏光発光
Chowdhury らは、トリアザトルクセン（triazatruxene, TAT）という分子が自己組織化してできる
キラルな超分子半導体薄膜から、強い円偏光エレクトロルミネッセンスを得ることに成功しました。
- TAT は、6 分子ごとにねじれたらせん構造をとる
- その結果、価電子帯・伝導帯に「角運動量」が紐づき、光にも円偏光特性が現れる
- 細かい再結晶化条件を制御することで、薄膜中にキラルなドメインを形成
という仕組みにより、最大 24 % のディシメトリー因子（円偏光度）を持つ緑色発光を実現しています。
4-3. デバイスとしての有機EL
このキラル超分子薄膜を発光層に用いた有機ELデバイスは、
- 外部量子効率 (EQE)：最大 16 %
- 発光の円偏光度：|g_EL| ≥ 0.10 程度
と、実用レベルに近い性能を示しました。
真空蒸着プロセスで、
「その場で」キラルな超構造を作り出すという点も、既存の OLED 量産技術との相性が良いと考えられます。
将来的には、
- メガネなし 3D ディスプレイ
- 偏光依存の情報符号化
- スピン選択的電荷輸送を利用した新しい素子
などへの展開が期待されます。
5. ディープレッド MR-TADF 発光材料：Sロックで形を固定する
— Pu ら, Nature Communications (2025)
5-1. なぜ「赤」が難しいのか？
有機ELの中でも、深い赤（deep-red, 650–700 nm 付近）は、
- 目に優しい表示
- 医療・センシング用途
- 高色再現度（BT.2020 など）
の観点から重要ですが、波長が長くなるほど
- エネルギー差が小さくなり、非放射失活（熱として失われる）が増えやすい
- 色純度（スペクトル幅）と効率の両立が難しい
といった課題があります。
5-2. Multiple resonance（MR）型 TADF と S ロック
Pu らは、Multiple resonance (MR) 型 TADF 発光体をベースに、
- 分子の外側のフェニル基どうしを硫黄原子（S）で「ロック」する
- それにより分子を平らで剛直な構造に保ち、余計なねじれやゆらぎを抑える
という新しい設計コンセプトを提案しました。
この「S ロック」により、
- 強すぎる電荷移動状態の形成を避ける
- 分子振動によるエネルギー損失（非放射失活）を抑制
することができます。
5-3. オレンジレッド・ディープレッドで高効率
提案された 2 つの発光体 S-BN, 2S-BN は、
- 発光波長：594 nm（オレンジレッド）, 671 nm（ディープレッド）
- 発光量子収率：ほぼ 100 %
- 放射失活速度：~10^7 s^-1
- 逆項間交差速度 (k_RISC)：~10^5 s^-1
といった優れた光物性を示しました。
これを用いた平面構造の OLED デバイスでは、
- オレンジレッド：最大 EQE 39.9 %
- ディープレッド：最大 EQE 29.3 %
という非常に高い効率が達成されています。
ディープレッド領域でこれだけ高効率かつ高色純度な MR-TADF 材料はまだ少なく、
今後の赤色 OLED 開発における新しい指針になる成果です。
6. まとめ（日本語）
- Nirmal らは、自己クラックテンプレートを使った 超透明メッシュ酸化物電極を開発し、
1 枚で有機太陽電池・有機EL・メモリ素子に応用できることを示しました。 - Chowdhury らは、キラルな超分子薄膜から 円偏光エレクトロルミネッセンスを引き出し、
3D表示やスピントロニクスにつながる可能性を示しました。 - Pu らは、硫黄原子でフェニル基をロックした ディープレッド MR-TADF 発光体を提案し、
深赤色で 30–40 % クラスの高 EQE を達成しました。
これらはすべて、「有機ELをどこまで高機能・高効率・高付加価値にできるか？」という
世界的な挑戦の、最前線の一端を示す研究です。
Frontiers of Flexible and Advanced OLEDs (English)
1. Scope of this page
Based on the frontier OLED-related papers contained in the provided file,
this page introduces three recent directions in OLED research in an accessible way:
- Ultra-transparent mesh electrodes for flexible optoelectronics
- Circularly polarized electroluminescence from chiral supramolecular films
- Deep-red MR-TADF emitters enabled by sulfur locking
Our aim is to connect advanced journal articles with a broader audience of students and non-specialists.
2. Papers covered here
- Ultra-Transparent and Multifunctional IZVO Mesh Electrodes for Next-Generation Flexible Optoelectronics
K. A. Nirmal, T. D. Dongale, A. C. Khot, C. J. Yao, N. Kim, T. G. Kim,
Nano-Micro Letters 17 (2025), 12. DOI: 10.1007/s40820-024-01525-y. - Circularly polarized electroluminescence from chiral supramolecular semiconductor thin films
R. Chowdhury, M. D. Preuss, H.-H. Cho, J. J. P. Thompson et al.,
Science 387 (2025), 1175–1181. DOI: 10.1126/science.adt3011. - Sulfur-locked multiple resonance emitters for high performance orange-red/deep-red OLEDs
Y.-X. Pu, Q. Jin, Y.-W. Zhang, C.-L. Li, L. Duan, Y. Wang,
Nature Communications 16 (2025), 332. DOI: 10.1038/s41467-024-55680-2.
3. Ultra-transparent IZVO mesh electrodes for flexible OLEDs
— Nirmal et al., Nano-Micro Letters (2025)
Flexible optoelectronic devices such as bendable solar cells and rollable OLED displays require electrodes that are:
- Highly transparent
- Highly conductive
- Mechanically robust under repeated bending
Nirmal and co-workers fabricate vanadium-doped indium zinc oxide mesh (mIZVO) electrodes using a self-cracking template approach.
Key features of the mIZVO electrodes include:
- Ultra-high optical transmittance (about 97.4 %)
- Low sheet resistance (~21.24 Ω/sq)
- High work function (~5.16 eV), compatible with organic semiconductors
- Excellent mechanical stability under bending
Using the same type of mesh electrode, they demonstrate:
- An organic solar cell with 14.38 % power conversion efficiency
- An OLED with 18.06 % external quantum efficiency (EQE)
- A flexible, transparent memristor that mimics synaptic functions
In other words, a single ultra-transparent mesh electrode can serve energy (OSC), display (OLED) and memory (neuromorphic) functions,
which is highly attractive for future wearable and soft-robotic electronics.
4. Circularly polarized OLEDs from chiral supramolecular films
— Chowdhury et al., Science (2025)
Light can be linearly polarized or circularly polarized (CPL), where the electric field rotates as the wave propagates.
CPL is important for:
- Glasses-free 3D displays
- Holography and advanced optical encoding
- Spin-selective charge transport and spintronics
Chowdhury and co-workers report green circularly polarized electroluminescence from a chiral supramolecular semiconductor film based on a triazatruxene (TAT) system.
Highlights:
- TAT molecules self-assemble into helical stacks with a pitch of six molecules,
associating angular momentum with the valence and conduction bands. - Co-sublimation of TAT (guest) with a structurally mismatched host leads to in situ chiral crystallization
via nanophase segregation while maintaining film integrity. - The resulting films show large CPL dissymmetry (up to ~24 %) in photoluminescence and
electroluminescence dissymmetry |g_EL| ≥ 0.10 with OLED EQE up to 16 %.
The work demonstrates that vacuum-deposited chiral superstructures can be integrated into OLED architectures,
opening new avenues for CPL OLEDs in 3D displays and chiral optoelectronics.
5. Sulfur-locked MR-TADF emitters for deep-red OLEDs
— Pu et al., Nature Communications (2025)
Deep-red OLED emission (around 650–700 nm) is desirable for:
- Comfortable, eye-friendly displays
- Bio-imaging and sensing
- Wide colour-gamut standards such as Rec. 2020
However, red OLEDs face challenges:
- Smaller energy gaps lead to stronger nonradiative decay
- It is difficult to balance high efficiency and high colour purity
Pu and co-workers tackle this using multiple resonance thermally activated delayed fluorescence (MR-TADF) emitters,
and introduce a “sulfur-locking” strategy:
- Outer phenyl groups in the MR framework are linked by intramolecular sulfur atoms,
creating a planar and rigid architecture. - This suppresses excessive charge-transfer character and nonradiative decay,
while maintaining narrow-band emission.
Their sulfur-locked emitters S-BN and 2S-BN show:
- Emission maxima at 594 nm (orange-red) and 671 nm (deep-red)
- Nearly 100 % photoluminescence quantum yield
- Fast radiative decay (~10^7 s^-1)
- High reverse intersystem crossing rates (~10^5 s^-1)
OLED devices based on these emitters reach:
- 39.9 % EQE for orange-red emission (S-BN)
- 29.3 % EQE for deep-red emission (2S-BN)
with mitigated efficiency roll-off.
These results provide a powerful design guideline for high-performance red and deep-red MR-TADF OLEDs.
6. Take-home messages (English)
- Transparent mesh electrodes such as mIZVO can unify energy harvesting, light emission and neuromorphic functions in flexible platforms.
- Chiral supramolecular semiconductors enable circularly polarized OLED emission with competitive efficiency,
pointing toward new kinds of 3D and spintronic devices. - Sulfur-locked MR-TADF emitters push the limits of deep-red OLEDs, achieving both high EQE and high colour purity.
Together, these frontier studies illustrate how OLED research is moving beyond “just displays” toward multifunctional, flexible and highly specialized optoelectronic systems.
References
- K. A. Nirmal, T. D. Dongale, A. C. Khot, C. J. Yao, N. Kim, T. G. Kim,
“Ultra-Transparent and Multifunctional IZVO Mesh Electrodes for Next-Generation Flexible Optoelectronics,”
Nano-Micro Letters 17 (2025), 12. DOI: 10.1007/s40820-024-01525-y. - R. Chowdhury, M. D. Preuss, H.-H. Cho, J. J. P. Thompson, S. Sen, T. K. Baikie, P. Ghosh, Y. Boeije, X. W. Chua, K.-W. Chang, E. R. Guo, J. van der Tol, B. W. L. van den Bersselaar, A. Taddeucci, N. Daub, D. M. Dekker, S. T. Keene, G. Vantomme, B. Ehrler, S. C. J. Meskers, A. K. Rao, B. Monserrat, E. W. Meijer, R. H. Friend,
“Circularly polarized electroluminescence from chiral supramolecular semiconductor thin films,”
Science 387 (2025), 1175–1181. DOI: 10.1126/science.adt3011. - Y.-X. Pu, Q. Jin, Y.-W. Zhang, C.-L. Li, L. Duan, Y. Wang,
“Sulfur-locked multiple resonance emitters for high performance orange-red/deep-red OLEDs,”
Nature Communications 16 (2025), 332. DOI: 10.1038/s41467-024-55680-2.
