近畿大学(近大)と大阪公立大学(大阪公大)の両者は2月26日、白金錯体を発光材料とする磁場誘起型有機円偏光発光ダイオードを開発したことを共同で発表した。

  • 磁場誘起型有機円偏光発光ダイオードの円偏光発光メカニズム

    磁場誘起型有機円偏光発光ダイオードの円偏光発光メカニズム(出所:大阪公大プレスリリースPDF)

同成果は、近大 理工学部 応用化学科の今井喜胤教授、大阪公大大学院 工学研究科の八木繁幸教授らの共同研究チームによるもの。詳細は、英国王立化学会が刊行する光・磁気・電子デバイス用材料に関する全般を扱う学術誌「Journal of Materials Chemistry C」に掲載された。

“光”というと、秒速約30万kmで光子という粒が一直線に突き進んでいくイメージが主であるが、それと同時に電場と磁場が空間を振動しながら伝播していく波(電磁波)でもある。その振動が特定の方向に偏っている光は「偏光」と呼ばれ、それがらせん状に回転している場合は「円偏光」という。円偏光を発する有機発光ダイオードなどの発光デバイスは、3D表示用有機ELディスプレイなどに使用する新技術として研究開発が進められている。

円偏光は、反射により回転方向が反転(反射反転)する性質を持つため、現在の有機円偏光発光デバイスでは、電極で反射した円偏光の回転方向は反転し、取り出す円偏光の回転方向と相殺してしまうという点が課題となっていた。そうした中で研究チームは、光学不活性(物質が直線偏光の偏光面を回転させる性質(旋光性)がない場合)な分子を用いた場合でも、磁力を加えることにより、円偏光を発生させる新しい手法を開発してきたとのこと。そして今回の研究では、外部磁場により円偏光を発生させる有機円偏光発光ダイオードについて、円偏光電界発光の発生メカニズムの解明を目指したという。

白金と有機化合物が結合した白金錯体は、室温でりん光を発して高い発光効率を示すことから、有機発光ダイオード用りん光材料として注目されている。そこで今回の研究では、まず光学不活性な白金錯体「PtOEP」を発光材料とする赤色有機発光ダイオードが作製された。そして同ダイオードに外部から磁力を加えながら光を発生させたところ、発光材料が光学不活性であるにも関わらず、高効率に赤色の円偏光を発生させることに成功したとする。

さらに、陽極・陰極の両方に透明電極を用いることにより、単一の発光ダイオードから、発光層を起点として右回転円偏光と左回転円偏光の両方を同時に発していることが解明された。この円偏光の発生メカニズムを利用すると、有機発光ダイオードに外部磁場を加えた場合、取り出す光の輝度を減少させることなく円偏光度の増幅が期待できるとのことだ。

従来の有機円偏光発光デバイスでは、電極での円偏光の反射反転により光の回転度の低下が問題とされていたが、今回の研究により、永久磁石による磁場下に有機発光ダイオードを設置するだけで、円偏光度の低下の抑制が期待できることが判明した。研究チームは、これにより有機円偏光発光ダイオードの高度化など、新しい円偏光の応用技術の開発にもつながることが期待されるとしている。