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有機ELのはなし/日刊工業新聞社


有機ELのすべて/日本実業出版社


Organic Light-Emitting Devices: A Survey / Springer Verlag



　　　　　最終更新日：2002年11月24日
　

　　
　イントロダクション
一部：さまざまなルミネッセンス
　ホタルの発光、ルビーの輝き
　ゆらめくオーロラと有機ELディスプレイ
二部：りん光が有機ELを明るくする
　蛍光とりん光；励起状態の科学
　りん光発光材料を用いた量子効率100%の有機ELディスプレイ
　リンク集

　
■有機ELの科学；ホタルの発光から量子効率まで
　- ホタルの発光、ルビーの輝き、そして揺らめくオーロラ

ルミネッセンスとは？
　光(今回は可視光が中心)はエネルギーの形態の一つである。したがって、光を発生させるためには何らかのかたちでエネルギーを供給してやらなければならない。私たちの身の回りには、光を発生させる主な方法は二つである。

　一つ目の方法は、熱エネルギーによって光を発生させる「白熱(incandescence)」である。例えば、電気ヒーターの熱源部分はオレンジ色に光っているし、白熱灯のフィラメントも黄色から白色の光を発している。太陽の光も白熱の一例といえる。

　そして二つ目の方法が、「ルミネッセンス(luminescence)」である。ルミネッセンスは白熱とは異なり熱を伴わないので、一般の生活のなかでは冷光などと呼ばれている。では、ルミネッセンスはいったいどのような発光原理なのだろうか？

　外部からの光や電気など、何らかの刺激を受けて電子状態が変化すると、物質はいったんエネルギーの高い励起状態になる。そして再びエネルギーの低い基底状態に戻るときに、励起状態と基底状態の差分のエネルギーを光として放出することがある。この発光現象がルミネッセンスである。とくに電子を刺激するのが何かということに注目すると、ルミネッセンスを次のように分類することができる。

・ケミルミネッセンス
・フォトルミネッセンス
・エレクトロルミネッセンス
　　　　　　…

　では、それぞれについて具体例について見ていこう。


ホタルの発光；ケミルミネッセンス

　ホタルの発光は、ホタルの体内で起こっている酸化還元反応で生じるエネルギーによって励起状態に移る「ケミルミネッセンス(chemiluminescence)」の一例である。ホタルの発光では、ATPのエネルギーを消費することで酵素ルシフェラーゼ(luciferase)がルシフェリン(luciferin)を分解して励起状態の酸化ルシフェリンが生じ、これが基底状態に戻るときに黄緑色(λ=565 nm)の光が発生する。

図.ホタルの発光原理；ケミルミネッセンス

　生物によるルミネッセンスの例は、ホタルの発光のように化学反応によるものが多く、とくにバイオルミネッセンス(bioluminescence)などと呼んでいる。


ルビーの輝き；フォトルミネッセンス

　ルビーは酸化アルミニウム結晶中のAl3+を少量のCr3+で置換して得られたものである。一般にルビーは赤色を呈しているが、その一つの原因は、ルビーが緑色の光を吸収するために、補色として私たちの目には赤色に映るためである。しかし、ルビーの独特の赤色は補色だけが原因ではない。もう一つ重要な原因として、光を吸収するとルビーそのものが赤色光を発するということがあげられる。つまり補色の赤色に加えて、ルビーは自らも弱々しい赤色光を放っているのだ。これがルビーの独特の赤色を生み出している。

図.ルビーの電子の遷移過程(詳細は次のページで)

　もしルビーの指輪などが身近にあるなら、紫の単色光を当ててみるとよいだろう。白色光のもとで補色として赤色に見える物質は、紫色の単色光のもとでは別の色に見えるはずだ。しかしルビーの場合は、図にも示すように紫色の光を吸収してたあと、いくつかの遷移過程を経て、最終的に赤色光(λ=627nm)を放つので、やはり赤色に見える。(途中の遷移過程の説明は次のページで詳しく扱う。)というわけで、もし紫色の単色光のもとでルビーが別の色に見えたら、残念ながらそのルビーは贋物ということになる。

　このように、エネルギーの高い光(波長の短い光、主に紫外線)を吸収して、エネルギーの低い光(波長の長い光、可視光)を発する現象を「フォトルミネッセンス(photoluminescence)」と呼んでいる。



イントロダクション ゆらめくオーロラと有機ELディスプレイ