早大,液体材料で色鮮やかな発光デバイスを開発

早稲田大学は,常温下で液状の液体有機半導体と量子ドット水溶液を組み合わせることで,液体材料ベースで極めて色鮮やかな発光を示すデバイスの開発に成功した(ニュースリリース)。

2009年に九州大学が報告した液体有機ELは,常温化で液状の液体有機半導体を発光層とし,フレキシブルデバイスへの応用が期待される。研究グループは,これをマイクロ流体技術と組み合わせることで,マイクロ流体有機ELを開発したが,従来の液体有機半導体は発光のスペクトルの半値全幅が広く,発光色が鮮やかでなかった。

今回,青色の液体発光材料を用いた有機ELをバックライトとして,その上に緑と赤色の量子ドット水溶液を集積し,励起・発光させることにより,液体材料ベースでの色鮮やかな発光の実現を目的とした。量子ドットは,スペクトルの半値全幅が狭く色鮮やかな発光を示すだけでなく,発光色を調整可能であることや量子効率が高いことなどから次世代ディスプレーの材料として注目されている。

デバイスは,ガラス基板とITO透明電極からなるバックライト上に,シリコーンゴムを用いて作製した流路構造を積層した。また,青色の液体発光材料は,液体有機半導体のNLQを液体ホスト材料として用い,それに青色発光材料の固体有機半導体であるDPAをゲスト分子として添加する手法により調整した。

そして,調整した青色の液体発光材料をバックライト部に,緑と赤色の量子ドット水溶液をシリコーンゴム製の流路にそれぞれ注入した。流路の深さを制御し,量子ドット水溶液にバックライトの青色光を緑と赤色に変換する役割とバックライトの光を遮断する役割を持たせることで,色鮮やかな発光が可能なことを示した。

作製したデバイスに電圧を印加すると,バックライトからの青色と量子ドット水溶液により変換された緑と赤色の発光を得た。さらに,光の混合比を数値化して表現するCIE表色系を用いて評価した結果,緑と赤色は,極めて色鮮やかな発光であることを確認できた。この結果は,従来の液体有機半導体を用いた発光デバイスの中で最も色鮮やかなものだという。

また,流路深さを増加させて量子ドット発光層を厚くしたところ,緑と赤色発光の両者においてスペクトルのピーク位置が長波長側にシフトするとともに,スペクトルの半値全幅が狭くなることを確認した。この結果は,量子ドットを用いた発光デバイスの作製に貢献するもの。

研究グループは,今後,フレキシブル基板を用いてのデバイスの作製を進めるとともに,色鮮やかな青色発光および各発光色の最適化のために,液体有機半導体に添加する固体有機半導体ゲスト分子の検討を行なうとしている。

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