可以將電能高效轉換爲發光能量的有機EL受到廣泛關注，而且作爲顯示裝置和照明器具等已經實施了實用化。有機分子是具有高發光量子產率的優異發光體，但難以導電。因此，有機EL需要採用厚度約爲100nm（約爲頭髮的1/800粗）的薄型有機薄膜來強制導電。而這種超薄有機薄膜則存在難以大面積均勻成膜的問題。
此次，日本九州大學的松島敏則副教授和安達千波矢教授等人組成的研究小組，開發出了在金屬鹵化物鈣鈦礦注1）層之間夾住有機發光層的有機EL。利用鈣鈦礦容易導電的性質和能夠輕鬆實施薄膜化的性質，從而將有機EL中的鈣鈦礦總膜厚增加到了2000nm。研究小組發現，雖然厚度與原來的有機EL相比增加了10倍以上，但依然獲得了優異的發光效率、驅動電壓和耐久性。
利用此次的研究成果能以相對較低的成本和良好的複製性製作有機EL產品，將爲工業生產帶來巨大的影響。另外該技術還可以應用於雷射、記憶體和感測器等其他有機器件上。
相關研究成果已於2019年7月30日在《自然》雜誌線上版上公開。
有機發光層採用具有高發光效率的銥化合物和熱活化延遲螢光化合物注2）。在其兩端設置了容易導電的透明金屬鹵化物鈣鈦礦層。雖然厚度達到以往的有機EL的10倍以上，但依然獲得了最大40％的超高外部量子效率注3）。另外，透過調整鈣鈦礦層的膜厚，完全消除了發光光譜的角度依賴性，可以製作出即使傾斜觀看顏色也不會發生變化的高性能顯示裝置。
注1）金屬鹵化物鈣鈦礦
金屬鹵化物鈣鈦礦具有ABX3型鈣鈦礦結構。A位採用甲胺、甲脒胺和銫等，B位採用Pb2＋和Sn2＋等金屬陽離子，X位採用I-、Br-和Cl-等鹵素陰離子。BX6八面體透過共用頂點連接，形成三維結構。爲了與BX6骨架攜帶的負電荷保持電氣平衡，在A位配置了陽離子。金屬鹵化物鈣鈦礦被用作光伏電池的光吸收層、LED的發光層、場效電晶體的半導體層和雷射件的活性層等。
注2）熱活化延遲螢光化合物
在有機EL中中，載流子重新結合時會以1:3的比例生成單重激發態和三重激發態。以前採用螢光材料的有機EL只有以25％的比例生成的單重激發態會發光。利用後來開發的銥化合物，可以透過強烈的重原子效應，使所有激發態都發光。熱活化延遲螢光化合物設計時減小了一重激發態與三重激發態的能隙。因此，通常不發光的三重激發態被轉換爲一重激發態，可以作爲延遲螢光觀測到。熱活化延遲螢光化合物完全不含銥等稀有金屬，但可以將所有電能轉換爲光。
注3）外部量子效率
有機EL中產生的光大部分都被引導至有機質層和基底層等，因此無法從玻璃基底層表面提取到元件外部。在普通的有機EL結構中，能提取到元件外部的發光的比例約爲20～30％左右。從基底層中提取光的效率被稱爲外部量子效率，用（從基底層提取的光量子數）/（注入元件的電子數）之比表示。
＜論文題目＞
「High performance from extraordinarily thick organic light-emitting diodes」
DOI：10.1038/s41586-019-1435-5
（日文新聞發佈全文）
文：JST客觀日本編輯部翻譯整理
