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ビジョン
希少元素を含まず、炭素・窒素・酸素・硫黄などの凡庸元素のみで構成される化合物を用いた有機ELは、社会ニーズに合致するサステイナブルなデバイスです。しかし、有機ＥＬは輝度が低く、高温耐性も低いことが課題です。また、従来の有機ＥＬ製造は、有機分子を人体や環境に有害な有機溶媒に溶解させ基板上に塗布しているため、有機溶媒の処理のために製造コストが高いことも大きな課題です。
私は、高品質の有機ナノ結晶が発現する量子効果に着目して研究を進めています。有機ELの担体として高品質有機ナノ結晶を用いると、0次元状態密度形成により量子効果が発現し、低駆動電圧かつ高温耐久性を持つ発光素子が実現でき、さらに結晶サイズを変えるだけで発光色を変化させることもできます。また、有機ナノ結晶は水系の分散液として調製することができ、低環境負荷な有機ＥＬ製造の実現が期待できます。
従来、有機ナノ結晶は水系分散液中では凝集しやすく、塗布型工程へ展開するために安定分散液とするには、添加剤を使う必要があります。しかし、添加剤を用いると添加剤の有機ナノ結晶中への混入や結晶表面への付着などにより、結晶性の低下や光電子特性の変化等に影響が出るため、量子効果を発現する高品質結晶を得ることはこれまで困難でした。私が新たに開発した技術ではこの問題を克服し、添加剤を用いることなく有機ナノ結晶を水中に長期間孤立分散させることが可能となり、量子効果を発現するような高品質有機ナノ結晶の水系安定分散液を調製できます。現在、この新たな製造技術を用いて、透明・省エネ・高輝度な高性能有機ELを、有機溶媒フリーで環境負荷の少ない水系塗布型製造工程によって安価・大量に生産するための挑戦を行っています。
最終用途例
APPLICATION
塗布型工程で安価に製造される透明・超省エネ・高輝度な有機ＥＬは、あらゆる物・空間を照明・ディスプレイ化でき、環境に溶け込んだ照明・ディスプレイで自由な空間設計を可能にします。
APPLICATION
有機ナノ結晶のレーザーダイオードとしての性質は、わずかなバイオマーカー分子の結合によるレーザー発振特性変化を利用した早期の病気診断を可能にします。
APPLICATION
有機ナノ結晶を活性層とした高効率な塗布型有機薄膜太陽電池は、あらゆるものを給電デバイスとでき、IoTのさらなる拡大を可能にします。
強み
出願特許の改良型再沈殿法は、量子効果を発現する高品質有機ナノ結晶を、添加剤を用いることなく水中に長期間分散させた水系安定分散液として調製できるため、従来の塗布型製造法に比べて有機溶媒の使用を大幅に削減でき、製造コストを劇的に圧縮できます。
改良型再沈殿法では、様々な有機分子をナノ結晶化することができ、ナノ結晶サイズも変化させることができます。分子構造の違いは発光特性の違いを生み、さらに量子効果が発現により結晶サイズの違いでも発光特性が変化するため、所望の発光色をより安価な材料で得ることを可能にします。
これまでに半導体エレクトロニクス分野で頻用される（チオフェン/フェニレン）コオリゴマー、アントラセン、ペリレン、フタロシアニン、ポルフィリン、フラーレンのナノ結晶化を達成しており、既存の有機半導体素子の高性能化と安価・大量生産が期待できます。
テクノロジー
改良型再沈殿法では、水系で添加剤を用いないため、量子効果が発現する結晶性の高い高品質な有機ナノ結晶を作製でき、これにより高い発光効率と高温耐性を示し、低駆動電圧で超省エネかつ高耐久・長寿命な有機EL素子が実現できます。
量子効果が発現する有機ナノ結晶では、結晶サイズに依存して発光色が変化します。改良型再沈殿法では、同一原料・同一行程で製造条件を変えるだけで、結晶サイズを変えることができ、所望の発光波長をもつ有機EL材料を容易に作り分けることができます。
共同研究仮説
有機ナノ結晶を活用した有機EL/レーザーダイオード・有機電界効果トランジスタ・有機薄膜太陽電池等の基礎的検討から参画していただける企業を募集しています。省エネかつ低環境負荷な大面積有機EL照明及びディスプレイの開発に積極的な企業と共同開発を行いたいと考えています。
有機ナノ結晶を利用した透明ディスプレイ及び透明照明を開発することで、周囲の環境に溶け込み、オープンな空間を演出することができます。ディスプレイや照明の開発に関心のある企業との共同開発を行いたいと考えています。
イベント動画
研究者
2014年3月
奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 博士後期課程修了 博士（理学）
2014年4月
島根大学 総合理工学部 物理・材料科学領域 助教
2018年4月
島根大学大学院 学術研究院 理工学系 助教
2019年4月
奈良先端科学技術大学院大学 先端科学技術研究科 物質創成科学領域 助教
専門分野：光物性物理学、有機光機能材料、有機半導体デバイス
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