ミシガン大、究極の高効率照明開発に向けて前進

July, 22, 2014, Ann Arbor--ミシガン大学の研究チームは、比較的安価で製造容易な極めてに効率的な照明実現に向けて大きく前進した。その同じ材料は、色の変化によって水の存在を明らかにすることもできる。
　白熱電球は、使用する電力のわずか5％を光に変換する。一方、蛍光LEDは、透過する電子の最大25％から光を生成する。リン光LEDは全ての電子を光線に変換することができるが、安価な材料で実現するのは非常に難しい。
　LEDは、電流がそれを透過する時に光を生成する半導体。カーボンベース、あるいは有機半導体は無機の半導体よりも遙かに安価であるが、現在の有機技術は半導体に金属を使用してリン光を生成する。これによって価格が上昇し、材料が毒性を持つようになる。現在、材料科学・工学教授、Jinsang Kim氏の研究チームは、金属フリー、有機リン光エミッタを開発した。
　課題は、半導体を、熱ではなく光を発するように誘導すること。電流が半導体内部で電荷を生成するとき、電荷は2つの方法のうちの1つで光を生成するように誘導することができる。電荷の4つのうちの1つは蛍光の原因となり、25％の効率の蛍光LEDになるが、残りの3つがリン光に使われ、蛍光よりもわずかに低エネルギーの光を発光する。
　有機半導体は、そのままにしておくと、リン光を生成する可能性のあるエネルギーの75％は無駄になってしまう。光の代わりに、周囲の分子の振動になり、材料を熱する。金属を含むことで、電荷を発光の方向に向けてリン光を生成させることができるが、メタルフリーにするには新しいソリューションが必要になる。
　ダイヤモンドは、青色が有名だが、UV光を当てると赤く輝く。微量のボロンがあると、ダイヤモンドのカーボン構造が青色とリン光の両方を生成すると考えられる。
　ダイヤモンドの固い構造がリン光に役立つかどうかは知られていないが、研究チームは結晶アプローチが全ての有機エミッタに有効であることを実証した。固い格子が振動を抑制し、光として放出されるエネルギーが増えるようになる。研究グループの結晶は電荷の55％から光を生成したが、高品質の結晶を一貫して製造するのは極めて難しい。
　代わりに、研究グループは比較的な簡単に剛性を実現しようと考えた。分子の設計を調整して、透明なポリマで分子が構造接着を形成するようにした、磁石がかみ合う方法と同じである。
　研究チームは、新たに考案した光エミッタとポリマを含む溶液を加熱し乾かし、固い型に自己組織化するようにした。この設計により24％の電荷が光を生成した。この数字は蛍光灯程度に過ぎないが、研究チームはさらに効率を高めるための補完的な方法に取り組んでいる。
　Kim氏は「分子間結合力を強めることで効率的にリン光の振動損失を抑制できる。この成果により、エネルギー効率のよい、安価な発光、実用的なデバイス実現に向けて見通しが立った」と語っている。
(詳細は、ns.umich.edu)