リン光有機発光ダイオード

リン光性有機発光ダイオード（PHOLED ）は、蛍光性有機発光ダイオード（OLED）よりも高い内部効率を実現するために、リン光の原理を利用した有機発光ダイオード（OLED）の一種です。この技術は現在、多くの産業界および学術研究機関によって開発が進められています。

あらゆるタイプのOLEDと同様に、リン光OLEDは、電流が流れる有機半導体層の電気発光によって光を発します。電極で電子と正孔が有機層に注入され、電子と正孔が束縛された状態である励起子を形成します。

電子と正孔はどちらも半整数スピンを持つフェルミオンです。励起子は電子と正孔の間のクーロン引力によって形成され、これら2つの束縛種のスピン状態に応じて、一重項状態または三重項状態のいずれかになります。統計的には、一重項状態が形成される確率は25%、三重項状態が形成される確率は75%です。^{[ 2 ] [ 3 ]}励起子の崩壊は、自発放出による光の生成をもたらします。

蛍光有機分子のみを使用するOLEDでは、選択則により三重項励起子の崩壊は量子力学的に禁止されているため、三重項励起子の寿命が長く、リン光は容易には観測されません。したがって、蛍光OLEDでは一重項励起子の形成のみが有用な放射の放出につながり、内部量子効率（形成された励起子のうち光子の放出につながる割合）に25%の理論的な限界が設けられると予想されます。^{[ 4 ]}

しかし、リン光OLEDは三重項励起子と一重項励起子の両方から光を生成するため、このようなデバイスの内部量子効率はほぼ100%に達する。^{[ 5 ]}

これは一般的に、ホスト分子に有機金属錯体 をドーピングすることによって実現されます。これらの錯体は、分子の中心に重金属原子を含んでおり、例えば白金^{[ 6 ]}やイリジウムなどです。緑色発光錯体Ir(mppy) _{3は、その多くの例の1つにすぎません}^{[ 1 ]}。この重金属原子によって分子が受ける大きなスピン軌道相互作用は、励起状態のシングレット特性とトリプレット特性を混合するプロセスである項間交差を促進します。これにより、トリプレット状態の寿命が短くなるため^{[ 7 ] [ 8 ]、}リン光が容易に観測されます。

PHOLEDは、他のOLEDと比較しても高いエネルギー効率が期待できるため、コンピューターモニターやテレビ画面などの大型ディスプレイや、一般的な照明用途での利用が検討されています。照明デバイスとしてのPHOLEDの潜在的な用途の1つは、壁を大型のPHOLEDライトパネルで覆うことです。これにより、部屋全体に均一に光を照射できるようになり、部屋全体に光を不均一に拡散する電球を使用する必要がなくなります。米国エネルギー省は、この技術の使用による大幅なエネルギー節約の可能性を認識しており、そのため、一般照明用途向けのPHOLED製品の開発に20万米ドルの契約を授与しました。^{[ 9 ]}

このエネルギー効率の高い技術の普及を妨げている問題の一つは、赤色および緑色のPHOLEDの平均寿命が青色のPHOLEDの平均寿命よりも数万時間も長い場合が多いことです。そのため、ディスプレイが商業的に実現可能なデバイスとして許容されるよりもはるかに早く視覚的に歪んでしまう可能性があります。^{[ 10 ]}