高効率な室温りん光を示す分子液体を開発

―高速りん光が拓く、レアメタルフリーな柔らか発光材料― 理学研究院　宮田　潔志　准教授

2025.09.03 研究成果Physics & Chemistry

発表のポイント

室温で高効率なりん光^※１を示す有機分子液体^※2の開発に成功
これまで、レアメタル^※３を含まない有機分子では効率の良いりん光は得られないことや、液体状態の有機分子では高効率なりん光を得ることが難しいという課題があったが、独自開発した高速りん光^※４を示す分子骨格を液体化することで、レアメタルを使わず、従来に比べて大幅な効率向上が可能に
フレキシブルディスプレイやウェアラブルデバイスなど柔軟性が不可欠な発光素子への応用に期待

発表概要

図１ 開発した分子液体の分子構造と、室内光および紫外光を当てた時の写真。
大阪大学大学院理学研究科の大島祐也さん（研究当時：大学院生）、岡田りかさん（研究当時：大学院生）、谷洋介助教（研究当時）（現：名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所・特任准教授）らの研究グループは、同研究科・井上正志教授らのグループ、同研究科・中野元裕教授らのグループ、九州大学大学院理学研究院の宮田潔志准教授らのグループと共同で、室温で液体状態の有機分子から世界最高効率のりん光を得ることに成功しました（図１）。りん光は、有機ＥＬ^※５やバイオイメージングなどに有用な発光現象の一種です。
これまで高効率なりん光を得るには、イリジウムや白金などのレアメタルを使うことが必要と考えられていましたが、レアメタルは安定供給に課題があります。また、有機分子でも、結晶状態であれば高効率なりん光を示す例が報告されていましたが、自由な形態をとることができる液体状態の有機分子では、高効率なりん光を得ることは困難でした。
今回、研究グループは、独自に開発した高速りん光を示す分子を液体化することで、世界最高効率の室温りん光を示す有機分子液体を開発しました。これにより、高速りん光に基づく材料開発の有効性が示され、変形に強い発光材料が必要なフレキシブルディスプレイなどへの応用が期待されます。
本研究成果は、英国王立化学会の「Chemical Science」に、9月3日（水）18時（日本時間）に公開されました。

用語解説

※１ りん光
発光の一種。高エネルギー状態の分子が、電子スピン（自転のようなもの）の向きを変えながら発する光をりん光と呼ぶ。りん光を示す有機分子はごく限られているが、発光が長く続く・酸素センサーとしてはたらく・有機ELの理論効率が高いなど、優れた特徴をもつ。
※２ 分子液体
特に室温付近で固体（結晶）ではなく液体状態をとる分子。分子が溶媒に溶けた溶液と区別するため、分子液体と呼ぶことがある。
※３ レアメタル
イリジウムや白金などの一部の金属は、電子機器などの重要資源である一方、産出量が少なく、特定の国に偏在しているため、レアメタルと呼ばれる。安定供給が課題で、リサイクルや代替材料の開発が求められている。
※４ 高速りん光
りん光の速さとは、りん光の生じやすさ（頻度）の指標であり、光の速度（一秒間に進む距離）とは異なる概念。正確には、りん光速度定数とよぶ。一般的に有機分子のりん光速度定数は1秒間にたかだか1～100回程度であるが、研究グループは最近、1秒間に5,000回程度という高速りん光を示す分子を開発した。
※５ 有機EL
電圧をかけることで発光する素子のうち、有機物を含むもの。ディスプレイや照明に使われる。りん光は、より一般的な発光である蛍光に比べて、電力を光に変換する効率（の理論的な上限）が高いという利点がある。しかし、実用化されているりん光材料はイリジウムを含んでおり、代替材料の開発が求められている。

論文情報

論文名：Chemical Science
タイトル：“Fast and efficient room-temperature phosphorescence from metal-free organic molecular liquids”
著者名：Yosuke Tani, Yuya Oshima, Rika Okada, Jun Fujimura, Yuji Miyazaki, Motohiro Nakano, Osamu Urakawa, Tadashi Inoue, Takumi Ehara, Kiyoshi Miyata, Ken Onda, and Takuji Ogawa
ＤＯＩ：10.1039/D5SC03768A
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