2026-11-11 シカゴ大学（UChicago）
シカゴ大学プリツカー分子工学大学院の研究チームは、食品用ラップやビニール床材などに使用される可塑剤を発光ポリマーに添加することで、発光効率と伸縮性を同時に大幅に向上させる手法を開発した。研究では、熱活性化遅延蛍光（TADF）を利用した発光ポリマーに、一般的な可塑剤であるフタル酸ジオクチル（DOP）を混合した。その結果、発光量子収率は従来の約60％から約100％に向上し、材料に亀裂が生じ始める伸長率も約5％から110％超へと改善した。DOPがポリマー分子鎖の間に適度な空間を形成することで、分子間のエネルギー損失を抑制するとともに、分子鎖が互いに滑りやすくなり、柔軟性が高まることが要因である。また、異なる化学構造を持つ4種類のTADFポリマーでも同様の効果を確認し、OLEDデバイスでは発光効率が35％向上した。本技術は、ウェアラブルディスプレイ、伸縮性電子機器、医療用センサー、人体装着型デバイスなどへの応用が期待される。
Plasticizer-enhanced emissions from three OLED emitters with different colors. Image courtesy of Wang Lab
＜関連情報＞
- https://news.uchicago.edu/story/chemistry-plastic-wrap-could-lead-brighter-stretchier-screens-wearable-devices
- https://doi.org/10.1038/s41467-026-73223-9
https://doi.org/10.1038/s41467-026-73223-9
分子スペーサーによる高伸縮性とほぼ100％の発光量子収率を実現した高分子発光材料（Approaching-unity PLQY and high stretchability in polymer emitters via molecular spacers）
Glingna Wang, Wei Liu, Zhiming Zhang, Cheng Zhang, Benjamin T. Diroll, Naisong Shan, Yang Li, Mohammed Syed Nurul Azam Azmir, Xiaodan Gu, Sihong Wang
Nature Communications（2026）, Article in Press
DOI:10.1038/s41467-026-73223-9
Tii-summary
伸縮可能な有機発光ダイオード（OLED）は、ウェアラブルディスプレイや生体インターフェースへの応用が期待されているが、発光効率と機械的伸縮性を同時に高めることが課題となっている。本研究では、熱活性化遅延蛍光（TADF）高分子に、発光特性に直接関与しない可塑剤を分子スペーサーとして導入することで、この課題の解決を試みた。代表的な添加剤としてフタル酸ジオクチル（DOP）を用い、高分子鎖間の距離を広げて自由体積を増加させることで、三重項励起子の濃度消光を抑制するとともに、高分子鎖の運動性を高めた。その結果、代表的なTADF高分子のフォトルミネッセンス量子収率（PLQY）は60％から97％に向上し、ほぼ100％に達した。また、薄膜の亀裂発生ひずみは従来の5％から110％へ増加し、剛体型OLEDでは外部量子効率（EQE）12.6％を達成した。さらに、完全伸縮型OLEDを作製し、60％のひずみまで安定した発光特性を確認するとともに、EQE約3.05％を実現した。この分子スペーサー設計は5種類のTADF高分子で有効性が確認されており、特定の高分子構造に依存しない汎用的な材料設計手法として期待される。本成果は、高効率発光と優れた伸縮性を両立する次世代ウェアラブルディスプレイや皮膚貼付型光電子デバイスの開発に貢献するものである。
English
Stretchable organic light-emitting diodes (OLEDs) hold considerable promise for wearable displays and optical biointerfaces, but achieving high emission efficiency and mechanical stretchability simultaneously remains challenging. In this study, the researchers developed a strategy to address this trade-off by incorporating optoelectronically inert small-molecule plasticizers as molecular spacers into thermally activated delayed fluorescence (TADF) polymers. Using dioctyl phthalate (DOP) as a representative additive, they expanded the free volume between polymer chains, suppressing concentration-induced triplet exciton quenching while enhancing chain mobility and stress dissipation. As a result, the photoluminescence quantum yield (PLQY) of a representative TADF polymer increased from 60% to 97%, approaching unity. The crack-onset strain of the polymer films also increased from 5% to 110%, while rigid OLED devices achieved an external quantum efficiency (EQE) of 12.6%. Furthermore, fully stretchable OLEDs were fabricated, maintaining stable emission under strains of up to 60% and achieving an EQE of approximately 3.05%. The strategy was also demonstrated to be effective across five different TADF polymer systems, indicating its broad applicability beyond specific molecular structures. This work establishes molecular spacer engineering using conventional plasticizers as a practical approach to combining high emission efficiency with exceptional mechanical stretchability, offering new opportunities for wearable displays, skin-integrated optoelectronics, and flexible biointerfaces.
English
Stretchable organic light-emitting diodes (OLEDs) hold considerable promise for wearable displays and optical biointerfaces, but achieving high emission efficiency and mechanical stretchability simultaneously remains challenging. In this study, the researchers developed a strategy to address this trade-off by incorporating optoelectronically inert small-molecule plasticizers as molecular spacers into thermally activated delayed fluorescence (TADF) polymers. Using dioctyl phthalate (DOP) as a representative additive, they expanded the free volume between polymer chains, suppressing concentration-induced triplet exciton quenching while enhancing chain mobility and stress dissipation. As a result, the photoluminescence quantum yield (PLQY) of a representative TADF polymer increased from 60% to 97%, approaching unity. The crack-onset strain of the polymer films also increased from 5% to 110%, while rigid OLED devices achieved an external quantum efficiency (EQE) of 12.6%. Furthermore, fully stretchable OLEDs were fabricated, maintaining stable emission under strains of up to 60% and achieving an EQE of approximately 3.05%. The strategy was also demonstrated to be effective across five different TADF polymer systems, indicating its broad applicability beyond specific molecular structures. This work establishes molecular spacer engineering using conventional plasticizers as a practical approach to combining high emission efficiency with exceptional mechanical stretchability, offering new opportunities for wearable displays, skin-integrated optoelectronics, and flexible biointerfaces.
出典：Nature Communications 原論文。
