キーワード / Keywords

1. 有機EL（OLED） / Organic Light-Emitting Diode (OLED)
   日本語： 電気を流すと有機材料が発光する薄型デバイスです。材料の組み合わせや分子構造を工夫することで、色合い、明るさ、効率、発光の安定性を細かく調整できます。
   English: An OLED is a thin device in which organic materials emit light when an electric current is applied. Its color, brightness, efficiency, and stability can be tuned through material selection and molecular design.
2. 白色OLED / White OLED
   日本語： 青・緑・赤など複数の波長の光を組み合わせ、白色に見せるOLEDです。照明に適した色、幅広い発光、高い効率を同時に実現するため、発光材料の設計が重要になります。
   English: A white OLED combines light at different wavelengths, such as blue, green, and red, to produce white light. Careful emitter design is needed to balance color quality, spectral breadth, and efficiency.
3. エネルギー移動 / Energy Transfer
   日本語： ある分子が受け取ったエネルギーを別の分子へ渡し、後者を発光させる仕組みです。OLED内部の光の流れを制御し、必要な色を効率よく取り出すうえで中心的な役割を担います。
   English: Energy transfer is a process in which one molecule passes excitation energy to another, causing the receiving molecule to emit light. Controlling this pathway helps OLEDs generate the desired colors efficiently.
4. 熱活性化遅延蛍光（TADF） / Thermally Activated Delayed Fluorescence (TADF)
   日本語： 分子内でいったん発光しにくい状態になったエネルギーを、熱の助けで再び発光に利用する仕組みです。電気エネルギーを無駄なく光へ変えるための有力な考え方です。
   English: TADF uses thermal energy to recover excitation energy that would otherwise be difficult to convert into light. It is a promising approach for improving the use of electrically generated excited states.
5. エキシマー発光 / Excimer Emission
   日本語： 励起された分子と近くの分子が一時的な対をつくることで生じる発光です。単独の分子とは異なる波長域を補えるため、一種類の発光体から幅広い白色光を得る設計に活用できます。
   English: Excimer emission arises from a temporary pair formed by an excited molecule and a nearby molecule. Because it differs from monomer emission, it can broaden the spectrum produced by a single emitter.

日本語版

はじめに

白色OLEDは、薄く面状に光る次世代の照明・表示技術として研究されています。しかし、白色をつくるには異なる波長の光を適切な割合で組み合わせる必要があり、明るさが変化しても色を保つこと、発光効率を高めること、短波長の青色光を抑えることなど、複数の課題を同時に解く必要があります。

ここで紹介する二つの研究は、異なる方向からこの課題に取り組んでいます。一つは、複数の発光材料の間でエネルギーが受け渡される経路を設計する方法です。もう一つは、一種類の白金錯体から複数の発光を引き出す分子設計です。いずれも、OLED内部で「どこから、どの色の光を出すか」を精密に制御しようとする研究です。

1. 短波長の青色光を抑え、色の安定した塗布型白色OLED

この研究は、溶液から作製できる白色OLEDにおいて、450 nm未満の高エネルギーな青色発光を抑えながら、安定した白色光を得ることを目指しています。

• 研究のねらい
  低コスト化が期待される塗布型白色OLEDで、短波長の青色光を減らし、明るさが変わっても色が崩れにくい発光を実現することです。
• 用いられた考え方
  青色成分には、発光スペクトルの幅が狭い多重共鳴型TADF材料を用い、より長い波長の光を出すりん光材料を同じ発光系に加えています。材料の間で段階的にエネルギーを渡すことで、発光色を整えています。
• 明らかになったこと
  青色発光には主としてフェルスター共鳴エネルギー移動が関わり、長波長側の発光には、段階的なエネルギー移動と電荷捕獲による発光の二つの経路が寄与すると示されました。最適化した素子では450 nm未満の発光が取り除かれ、長波長発光材料の濃度によって白色スペクトルを調整できました。
• 成果の意味
  約500～10,000 cd m⁻²という広い輝度範囲で、CIE色度座標の変化量がx、yともに0.01未満に保たれました。これは、明るさを変えても見える色がほとんど変化しないことを示します。塗布型OLEDの作りやすさと、短波長青色光の抑制、色安定性を両立する設計として注目されます。

2. 一つの白金発光体から広い波長域の暖白色光を生み出す設計

一般的な白色OLEDでは、異なる色を出す複数の発光材料を組み合わせます。これに対して本研究は、一種類の白金錯体で広い波長域を覆い、暖かみのある白色光を生み出すことを目指しています。

• 研究のねらい
  単一の発光体から白色光を得ることで、複数材料を使う発光層の複雑さを減らしながら、高い発光性能を実現することです。
• 用いられた考え方
  段階的な分子設計によって、発光を弱める状態を抑えました。最終的な白金錯体PtNexでは、単独分子によるりん光と、分子どうしが近接して生じるエキシマー発光を一つの構造内で組み合わせています。
• 明らかになったこと
  PtNexは420～770 nmの広い範囲で暖白色発光を示し、フォトルミネッセンス量子収率は66.5%、発光寿命は5.01 µsでした。この材料を用いた単一発光体型OLEDは、最大外部量子効率26.2%を示し、光取り出しを強化した条件では38.7%に達しました。電力効率は54.4 lm W⁻¹、CIE色度座標は（0.42, 0.49）でした。
• 成果の意味
  一つの分子から性質の異なる二種類の発光を引き出すことで、広い波長域を持つ白色光を実現しています。材料構成を簡潔にしながら発光効率を高める考え方として、白色OLEDを含む光電子デバイスへの展開が期待されます。

研究全体から見えること

二つの研究に共通するのは、白色光を単に「複数の色の足し算」として扱うのではなく、励起エネルギーの移動先と発光経路を分子レベルで設計している点です。

第一の研究では、複数の発光材料を組み合わせ、材料間のエネルギー移動と電荷捕獲を利用して、短波長青色光の抑制と色の安定性を実現しました。第二の研究では、一つの白金錯体に単分子発光とエキシマー発光を共存させ、単一材料で広い発光スペクトルを得ました。

このように、発光材料の数を増やしてエネルギーの流れを精密に制御する方法と、一つの分子に複数の発光機能を持たせる方法の双方から、白色OLEDの高性能化が進められています。これらの成果は、照明や表示デバイスに求められる色、効率、安定性、製造のしやすさを同時に考えるための重要な手がかりとなります。

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Engineering Energy Transfer and Molecular Emission for White OLEDs

Five Keywords

1. Organic Light-Emitting Diode (OLED) / 有機EL
   An OLED is a thin device in which organic materials emit light under an electric current. Material combinations and molecular structures allow its color, brightness, efficiency, and stability to be finely controlled.
2. White OLED / 白色OLED
   A white OLED combines emissions at different wavelengths to create white light. Its design must balance spectral coverage, color quality, efficiency, and stable appearance across operating conditions.
3. Energy Transfer / エネルギー移動
   Energy transfer occurs when excitation energy moves from one molecule to another. Guiding this process is essential for directing electrical energy toward the emitters that produce the intended colors.
4. Thermally Activated Delayed Fluorescence (TADF) / 熱活性化遅延蛍光
   TADF uses thermal energy to recover excited states that would otherwise contribute little to emission. This mechanism offers an effective route to converting electrically generated excitation into useful light.
5. Excimer Emission / エキシマー発光
   Excimer emission is produced by a temporary association between an excited molecule and a neighboring molecule. It can complement monomer emission and broaden the spectrum generated by a single emitter.

English Version

Introduction

White OLEDs are being studied as thin, area-emitting light sources for displays and illumination. Producing high-quality white light, however, requires precise control over several colors at once. The device must maintain its color as brightness changes, convert electrical energy efficiently, and manage short-wavelength blue emission.

The two studies introduced here approach these challenges from different directions. One controls energy-transfer pathways among several emitting materials. The other designs a single platinum complex that can generate more than one kind of emission. Both seek to determine, at the molecular level, where excitation energy travels and which colors are ultimately produced.

1. A Color-Stable, Solution-Processed White OLED with Suppressed Short-Wavelength Blue Emission

This study aims to reduce high-energy blue emission below 450 nm in a solution-processed white OLED while maintaining stable white electroluminescence.

• Research aim
  The goal was to combine the manufacturing advantages of solution processing with reduced short-wavelength blue emission and stable color over a broad brightness range.
• Approach
  A narrow-band multi-resonance TADF material was used as the blue component, together with phosphorescent dopants emitting at longer wavelengths. The system was designed so that excitation energy could move step by step among the materials and generate a balanced white spectrum.
• Main findings
  The blue emission was mainly governed by Förster resonance energy transfer. The longer-wavelength emission arose through two parallel routes: cascaded energy transfer and emission associated with charge trapping. In the optimized device, emission below 450 nm was eliminated, while the white spectrum could be tuned by changing the concentration of the long-wavelength dopants.
• Why it matters
  Across a luminance range of approximately 500 to 10,000 cd m⁻², changes in both CIE x and y coordinates remained below 0.01. This indicates that the visible color stayed highly consistent as the device became brighter. The work presents a route toward solution-processed white OLEDs that combine spectral control with strong color stability.

2. A Multi-Luminescent Platinum Emitter for Broad-Spectrum Warm-White Light

Conventional white OLEDs commonly combine several emitters with different colors. This study instead seeks to generate broad warm-white emission from a single platinum complex.

• Research aim
  The objective was to simplify the emitting system while retaining strong performance by obtaining white light from one molecular emitter.
• Approach
  Stepwise molecular engineering was used to suppress an excited state that reduced emission efficiency. In the final platinum complex, PtNex, monomer phosphorescence and excimer emission were integrated through a tetradentate molecular structure containing four distinct platinum-carbon or platinum-nitrogen bonds.
• Main findings
  PtNex produced warm-white emission over 420–770 nm, with a photoluminescence quantum yield of 66.5% and a lifetime of 5.01 µs. A single-emitter OLED using this material reached a maximum external quantum efficiency of 26.2%, or 38.7% with enhanced light outcoupling. It also achieved a power efficiency of 54.4 lm W⁻¹ and CIE coordinates of (0.42, 0.49).
• Why it matters
  By generating two complementary forms of emission from one molecular material, the design produces a broad white spectrum without relying on a conventional mixture of differently colored emitters. This concept may help simplify emissive-layer design while supporting efficient white-light generation.

Overall Significance

The two studies share a central idea: white emission is not merely the addition of several colors. It is the outcome of carefully directed excited-state pathways.

In the first study, multiple materials work together through energy transfer and charge trapping to suppress short-wavelength blue light and improve color stability. In the second, monomer and excimer emission are built into a single platinum complex to create broad-spectrum warm-white light.

Together, these approaches illustrate two complementary strategies for advancing white OLEDs: precisely managing energy flow among several emitters, or integrating multiple emission functions into one molecule. Both provide useful design principles for balancing color, efficiency, stability, and device simplicity in future lighting and display technologies.

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文献 / References

1. Liang, X.; Li, S.; Jin, J.; Ling, S.; Chen, M.; Lin, Y.; Qiao, X.; Zhang, Y.; Wong, W.-Y.; Xie, Z.; Zhang, B. “Achieving color-stable solution-processed white OLEDs with suppressed short-wavelength blue emission through co-doping multi-resonance TADF blue emitter with long-wavelength phosphorescent dopants.” Organic Electronics, 159, 107494 (2026). DOI: 10.1016/j.orgel.2026.107494
2. Hu, W.; Jiang, Y.; Zhang, Y.; Song, Y.; Li, L.; Ji, Y.; Wang, P. “A Multi-Luminescent Platinum Emitter for Broad-Spectrum Warm-White Emission.” Advanced Optical Materials (2026). DOI: 10.1002/adom.71859