統計学的に見ると、電荷の再結合により、有機EL材料で、蛍光となる一重項励起状態、りん光となる三重項励起状態の割合は、1対3であることがわかっています。単純な蛍光材料では、エネルギーの25%しか取り出せないことになります。我々は、三重項に移ったエネルギーを、再び一重項の励起状態に引き上げ(アップコンバージョン)て、より高効率の蛍光材料開発を目指しました。これがTADF材料です。図1第3世代は、生産コスト、材料の安定性に優れた第1世代、発光効率に優れた第2世代の良い特徴を併せ持ち、実用化への期待が高まる。先ほども触れましたが、一重項励起状態と、三重項励起状態にはエネルギーギャップがあります。このギャップをできるだけ小さくするような材料をつくることで、いったん三重項励起状態となったものを、再び一重項励起状態に戻し、蛍光を取り出すことが可能になったのです。これを可能にした基本原理は、教科書にも載っている波動関数でした。これをもとに、電気励起したときの電子供与する部分(HOMO=最高占有軌道)と、受け取る部分(LUMO=最低非占有軌道)の重なりができるだけ小さなるようバランス良く配すること、励起状態の構造変化を抑制することで高発光効率のTADF材料の開発が成功したのです。図2一重項励起状態と三重項励起状態にはエネルギーギャップがあるが(左図)、このギャップをできるだけ小さくするよう分子設計することで、いったん三重項励起状態に移ったエネルギーを、再び一重項励起状態に戻すことで、効率の高い蛍光を取り出すことに成功(右図)。これが熱活性型遅延蛍光(TADF)である。安達研では10年来の研究だったのですね。有機ELでは電気を光に変える内部の効率が100%だったとしても、それを外部に取り出すとき(外部量子効率)は20%程度です。光が外に出てくるとき、有機EL表面のガラス板などに反射してしまうからです。安達研は2004年頃からTADF開発に乗り出し、私の先輩の研究員が何人も研究を続けていました。2009年には、ポルフィリン誘導体を用いた遅延蛍光現象を世界ではじめて確認しましたが、外部量子効率は0.1%程度と極めて低いもので、注目はあまりされなかったようです。そんな状況の中で、魚山さんが安達研の門をたたいたのですね。したので、実際に、有機EL材料を開発したいと、安達先生にお願いしました。2011年4月から九州大のOPERAに移ってきました。その年に、安達研では、外部の発光比率が5.3%となるTADF材料を開発したと、発表しました。これは蛍光材料の発光比率の限界である5%を上回っており、明らかに遅延蛍光材料ができたことを意味します。学会などが注目するようになってきました。その後、他の研究員が10%、12.7%、14%と少しずつ効率の高いTADFを開発しました。私が最初に取り組んだのは、産業への応用を意識した合成しやすい有機材料です。HOMO、LUMOがうまく分かれているような分子設計をし、150種類くらいシミュレーションし、実際に10種類合成し実験を重ねました。半年たってもうまくいきませんでした。安達先生に相談しながら、今回の論文になった有機材料であるカルバゾリルジシアノベンゼン誘導体(CDCB)に着目して設計し直しました。すると、このCDCBを発光層にした有機ELの外部量子効率が19.3%と極めて高いことを、比較的短期間で確認できました。2012年2月頃だったと思います。これは電気励起で、三重項励起状態がほぼ100%一重項励起状態にアップコンバージョンし、そこからEL発光したことを意味しています。提稿しようと研究室内で慎重に再現実験を繰り返しました。投稿し、10日後にはレフリーの査読に回ったとの連絡が入り、11月下旬にアクセプトされることが決まりました。研究成果の意味合いを教えてください。これまで100%の内部量子効率(=20%の外部量子効率)は、イリジウムなどレアメタルを含有するりん光材料でないと達成できないとされていましたが、今回の成果はレアメタルを使わなくても極めて高い有機ELが実現可能であることを示しました。コストは従来の10分の1以下となり、有機ELの材料が今後、第2世代のりん光材料から、第3世代のTADF材料に大きくシフトしていくきっかけとなります。有機化合物は無限の構造を作り出すことができます。分子設計次第では、色合いがきれいなRGBなど三原色も作れるし、耐久性や耐熱性があるものも作れます。高性能で安価な有機EL実用化も夢ではありません。図3設計の幅が広がり、様々な色合いが出せるようになった第3世代のTADF材料。プログラム(FIRST)の支援を受けています。して安達研究室に約1年いました。先生は日頃から、「実際に物作りから、物性まで1人でやれ。追い込むまでやらないと見えてこない」「大学は、学問だけではなく、実用化につながる数字を出せ。ごまかしをするな」と語り、博士研究員の自主性にまかせてくれました。FIRSTのおかげで、違う業種の民間企業から研究者が集い、多くの博士研究員らがある意味、ライバルとして成果を競い合う環境です。自分は絶対発想しない考えにも触れることが多く、とても刺激的です。した環境だからこそ、世界をリードする研究成果がでていると思っています。今後は企業などと連携し、実用化に向け踏み出していくことになります。図4TADFを発光層に用いた有機ELのディスプレイ。メッセージをお願いします。シンプルな元素の組み合わせで、さまざまな機能を持つ分子を創造できるところに面白さを感じていたからです。有機EL分野に進んだ理由について、お話しましたが、単純に有機ELの発光の美しさや、今後の可能性にも魅力を感じていたからです。研究者として歩みだしたばかりの私が言うのも恐縮ですが、まず自分のバックグラウンドとなる分野をしっかり身につけることが大事です。その上で、他の分野の研究に幅広く挑んでいくことです。自分の思いを持って、それが応用されていくのを見るのは、とても面白い。異分野の人と接しながら新たな分野を開拓していくことは、醍醐味で、とても勉強になります。現在は有機EL以外の研究をしていますが、いずれは有機ELの研究もしたいなと思っています。ありがとうございました。等のコンテンツを掲載します。