半値幅5nmに迫る超狭帯域発光を示す分子を開発―次世代ディスプレイ創出とLEDの応用範囲拡大に期待―

2026-06-12 京都大学

京都大学大学院理学研究科の畠山琢次教授らの研究グループは、多重共鳴(Multi-Resonance:MR)分子設計を発展させ、半値幅5.5nmという極めて狭い発光スペクトルを示す有機発光分子の開発に成功した。一般的な有機発光材料の半値幅は40nm以上であり、発光に複数の波長成分が含まれるため、ディスプレイの色再現範囲や色純度に限界があった。研究チームは、多重共鳴効果を持つ含BNナノカーボン骨格を適切に複数連結することで、励起子を分子全体に非局在化させながら分子振動との相互作用を抑制し、発光スペクトルの極端な狭帯域化を実現した。低極性溶媒中では半値幅5.5nmを達成し、有機EL(OLED)素子においても従来材料を大幅に上回る高い色純度を示した。本成果は、自然放出光を利用するLEDでありながら、レーザーに近い単色性を実現できる可能性を示したものであり、超広色域ディスプレイや高性能光通信、センシング技術など次世代エレクトロニクスへの応用が期待される。研究成果は2026年6月11日付で学術誌『Science』に掲載された。

半値幅5nmに迫る超狭帯域発光を示す分子を開発―次世代ディスプレイ創出とLEDの応用範囲拡大に期待―
本研究で開発した含BNナノカーボン多重共鳴分子の構造と発光スペクトル(作成:儘田正史)

<関連情報>

有機物の自然放出が単色限界に近づく Organic spontaneous emission approaching the monochromatic limit

Masashi Mamada, Kota Kataoka, Junki Ochi, Taehwan Lee, […] , and Takuji Hatakeyama
Science  Published:11 Jun 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/science.aee0001

Editor’s summary

Narrowing the spontaneous emission spectrum of organic emitters remains a major challenge, particularly addressing disorder-induced inhomogeneous broadening. Mamada et al. report an organic molecule composed exclusively of carbon, hydrogen, nitrogen, and boron atoms that, through a modular multiple-resonance design, exhibits ultranarrow spontaneous emission, achieving a linewidth of just 6.9 nanometers in toluene. This pushes the physical limits of spontaneous emission linewidths in organic materials. The compound demonstrates suppressed vibronic coupling and minimal nonradiative recombination, with a delayed lifetime of less than 500 nanoseconds. These remarkable properties open new horizons for organic luminescent materials and pave the way for innovations in displays, optical communications, spectroscopy, photochemical reactions, bioimaging, and phototherapy. —Yury Suleymanov

Abstract

Spontaneous emission is inherently associated with spectral broadening mechanisms, resulting in finite bandwidth in the emitted light. Narrowing this linewidth toward the monochromatic limit has long been a central pursuit in photonics, as it determines the ultimate color purity of nonstimulated light sources. Organic luminescent materials offer facile wavelength tunability but typically exhibit broad emission bands (>40 nanometers). The emergence of multiple-resonance emitters has provided a promising route to overcome this limitation, yet most reported systems remain within 20 to 30 nanometers. We present a molecular design strategy that amplifies the multiple-resonance effect through molecular repetition, yielding fluorescence with linewidths of 6.9 nanometers in toluene, 5.5 nanometers in 3-methylpentane, and 9.1 nanometers in a doped polymer film, placing this molecular framework among the narrowest-band organic luminophores reported.

0504高分子製品
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