KAIST、画面明るさを倍増させるOLED技術を開発

January, 21, 2026, Daejeon--有機発光ダイオード(OLEDs)は、優れた色再現性と薄く柔軟な平面構造により、スマートフォンやテレビで広く使用されている。しかし、内部の光損失により明るさのさらなる改善は制限されている。KAISTの研究チームは、OLEDディスプレイの重要な利点である平坦な構造を維持しつつ、OLEDの発光効率を倍以上に高める技術を開発した。

KAISTは1月11日、電気工学部のSeunghyup Yoo教授率いる研究チームが、OLEDデバイス内の光損失を大幅に削減できる新しい近平面光アウトカップリング構造とOLED設計手法を開発したと発表した。

*近平面光アウトカップリング構造:OLED表面をほぼ平らに保ちつつ、内部から発生する光をより多く外部に抽出する薄い構造

OLEDsは、超薄型有機フィルムを複数層重ねて重ねた構造。光がこれらの層を通過する際には繰り返し反射または吸収され、OLED内部で生成される光の80%以上が熱として失われて逃げ出されることがよくある。

この問題に対処するため、半球レンズやマイクロレンズアレイ(MLAs)などの光アウトカップリング構造が用いられ、OLEDから光を抽出している。しかし、半球レンズは大きく突き出ているため、平坦な形状を維持するのが難しく、MLAsは十分な光抽出を得るために個々のピクセルサイズよりもはるかに広い面積をカバーする必要がある。これにより、隣接するピクセル間の干渉なしに高効率を達成することに制約が生じる。

平面構造を保ちつつOLEDの明るさを高めるため、研究チームは各ピクセルのサイズ内で光を最大化する新しいOLED設計戦略を提案した。

OLEDsが無限に伸びると仮定する従来の設計とは異なり、この方法は実際のディスプレイで実際に使われる有限のピクセルサイズを考慮している。その結果、同じサイズのピクセルからでも外部からより多くの光を放出できる。

さらに、チームは光が前方方向に効率的に出て広がらずにすむ新しい近平面光結合構造を開発した。この構造は非常に薄く、既存のマイクロレンズアレイと同等の厚さを持ちながら、同じ横方向の半球レンズに近い光抽出効率を達成している。その結果、OLEDのフラットな形状をほとんど損なわず、柔軟なOLEDディスプレイにも容易に適用可能となる。

新しいOLED設計と近平面光結合構造を組み合わせることで、研究チームは小さなピクセルでも光の放出効率を2倍以上向上させることに成功した。

この技術により、同じ電力でより明るいディスプレイを実現しつつ、OLEDのフラットな構造を維持し、スマートフォンやタブレットなどのモバイルデバイスのバッテリー寿命延長や発熱の低減が期待されている。ディスプレイ寿命の延長も期待されている。

研究の筆頭著者、KMinJae Kimは、「授業中に浮かんだ小さなアイデアが、KAIST学部研究プログラム(URP)を通じて実際の研究成果へと発展した」と話している。

Seunghyup Yoo教授は、次のように説明している。
「多くの光アウトカップリング構造が提案されているものの、ほとんどは広範囲照明用途向けに設計されており、多数の小さなピクセルで構成されるディスプレイに効果的に適用するのが困難なものも多かった。この研究で提案された近平面光アウトカップリング構造は、各ピクセル内の光源のサイズに制約を置いて設計された。隣接ピクセル間の光学的干渉を減らしつつ、効率を最大化する」。
さらに、同教授は、「この手法はOLEDだけでなく、ペロブスカイトや量子ドットなどの材料に基づく次世代表示技術にも応用可能である」と強調した。