ねじれた光の放射：将来のエレクトロニクス効率の向上

電球は、一定の照明を提供し、一般の人々が利用できるようにするために発明されました。コスト効率を高めるための継続的な研究と実験により、発光ダイオード（LED）が開発されました。

LED技術は、ゼネラル・エレクトリックで働いていた科学者ニック・ホロニャック・ジュニアによって、5年以上前に発明され、「魔法のもの」と呼ばれました。

LEDは時間とともに性能が向上し、より明るく、コスト効率が高く、信頼性も向上して、白熱電球に取って代わり、信号機などで広く採用されるようになりました。

現在、従来の「黄色」電球は特定の用途に限定されており、LEDは優れたエネルギー効率、長寿命、汎用性により、一般照明で主導的な地位を占めています。

もちろん、イノベーションは止まりません。実際、LEDの発明はOLED—有機発光ダイオード（有機エレクトロルミネッセンスダイオード）への道を開きました。

これは、研究者が無機材料の代わりに有機化合物を使用して、LEDと同様の効果を得られるかどうかを探求した結果です。LEDは半導体材料に電流を流すことで光を生成します。

最初のOLEDデバイスは、1987年にイーストマン・コダック社の科学者スティーブン・ヴァン・スライクとチン・タンによって構築されました。

LEDとOLEDはどちらも電気で光を生成しますが、OLEDは有機材料を使用して光を放出します。これらの有機LEDは炭素系材料を使用し、従来のLEDに比べて薄型ディスプレイ、優れた色再現、より高速な応答時間を実現します。

その結果、OLED技術はスマートフォン、テレビ、その他のハイエンド電子機器に採用されています。しかし、OLED技術は急速に発展しているものの、まだ広範な普及には至っていません。

OLED技術の概観

では、OLEDを詳しく見てみましょう。有機発光ダイオードはLEDとは異なり、シート状に作られるため拡散領域光源です。対照的に、LEDは集中した小さな点光源です。

OLEDの拡散光は、作業面に非常に近づけて使用でき、ユーザーに眩しさを与えません。これにより、少ない光で必要な照度を得られ、高効率となります。

また、OLEDの柔軟性により、ほぼ任意の形状で製造でき、デザインの可能性が広がり、新しい照明体験が可能になります。

OLEDの構造は、固体デバイスであり、アノードとカソードという2つの導電電極の間に、薄い炭素系半導体層が複数配置されています。

隣接する電極に電流が流れるとデバイスは光を放出します。光がデバイスから出るためには、少なくとも一方の電極が透明である必要があります。

印加する電流量を制御することで、放出される光の強度を調整できます。

光の色は、使用される発光材料の種類によって決まります。例えば、赤・緑・青のエミッタを組み合わせて配置することで白色光が生成されます。

その他のOLEDタイプには、白色、透明、アクティブマトリックス、パッシブマトリックス、折りたたみ型、トップエミッティングOLEDがあります。

現在、OLEDはスマートフォンディスプレイ技術の主流です。OLEDディスプレイは薄型で効率的なだけでなく、透明性、柔軟性、折りたたみ可能で、最高の画質を提供します。広視野角と高コントラスト比も、従来のディスプレイ技術に対するOLED技術の利点です。

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OLED技術の拡大採用

世界のOLED市場は過去数年間で大幅に成長し、今後も成長し続けるでしょう。

市場は実際、2022年から2029年にかけて年平均成長率13.20%で成長し、1044億ドル規模に達すると予測されています。

この成長の主な要因は、消費者エレクトロニクス部門の需要増加です。また、ウェアラブルデバイス市場の拡大や、AR・VRデバイスへのOLEDディスプレイ統合も新たな成長機会を提供しています。

さらに、柔軟で折りたたみ可能なOLEDディスプレイの登場は、コンパクトな形で大画面を実現するというエキサイティングな新トレンドです。これらのディスプレイは革新的な製品デザインとユニークな体験を可能にします。

OLEDディスプレイは、インフォテインメントシステム、ダッシュボード、リアシートエンターテイメントシステムでも利用が拡大しています。電気自動車（EV）の需要増加と、先進運転支援システム（ADAS）の統合が、自動車分野での成長に寄与すると期待されています。

ディスプレイ以外でも、OLED技術は照明業界での可能性があります。優れた演色性、均一な照明、独自のデザインが可能です。エネルギー効率の高い照明ソリューションへの関心が高まる中、より大きなOLEDパネルの開発は、商業照明、建築照明、装飾照明の分野で成長機会を提供します。

さらに、材料、封止技術、製造プロセスの改善により、性能向上、コスト削減、寿命延長が実現し、技術的進歩が市場成長を牽引しています。

しかし、性能が大幅に向上し、スマートフォンディスプレイで広く使用されているにもかかわらず、OLEDは依然として多くの課題に直面しています。

コストはOLED市場の主要な課題の一つです。OLEDディスプレイは高価な有機材料と複雑な製造プロセスを必要とするため、LCDなどの従来技術よりも高コストです。

製造過程での歩留まりも問題で、わずかな欠陥が多数の不良OLEDディスプレイを生む可能性があります。また、特定の有機材料への依存はサプライチェーンの課題を引き起こします。

さらに、OLEDディスプレイの寿命が限られていることと、エネルギー効率が重要で、ポータブルデバイスの消費電力削減とバッテリー寿命向上に不可欠です。

もう一つの制限要因は、効率的な青色エミッタの安定化が困難なことです。OLED技術はLCD（液晶ディスプレイ）や、商業化初期段階にあるマイクロLEDなど、他のディスプレイ技術との競争にも直面しています。

さらに、画像焼き付きや大画面での均一性といった技術的制限も、材料、アーキテクチャ、製造プロセスの改善で克服する必要があります。

研究者はこれらの制限に積極的に取り組んでおり、特に最近の進展はテレビやスマートフォンのOLEDディスプレイ効率向上の大きな可能性を示しています。

キラル半導体でOLED効率を向上させる

ケンブリッジ大学とユトレヒト工科大学の研究者は、有機半導体を開発し、電子を螺旋状に動かすことで円偏光光を放出させました。

これは、数十年にわたる有機半導体分野の課題を進展させたもので、OLEDディスプレイの効率を高めるだけでなく、スピントロニクスや量子コンピューティングといった次世代技術への道を開く可能性があります。

この研究はScience誌に掲載され¹、半導体材料にキラリティを導入して強い円偏光発光（CPL）を実現することへの関心が高まっていることを指摘しています。

現在の効率的なOLEDシステムは、ホスト中に空間的に分離された発光分子を使用しており、弱いCPLを生成します。

高いCPLを実現しようとする試みは行われましたが、最適化されたOLEDデバイス構造と互換性がありませんでした。しかし、最新の研究者は電子を螺旋状に動かす有機半導体を成功裏に作成しました。

これは、トリアザトルクセン分子に基づくキラル超分子ナノ構造を持つ薄く均一な膜を作る新しい方法のおかげです。この手法はOLED製造に完全に適合し、高い緑色CPLを示します。

“これはキラル半導体を作る上での本当のブレークスルーです。分子構造を慎重に設計することで、構造のキラリティを電子の運動に結びつけましたが、これまでこのレベルで実現されたことはありませんでした。”

– エイントホーフェン工科大学のベルト・メイジャー教授。

開発されたキラル半導体は円偏光光を放出し、光が電子の‘手性’に関する情報を持つことを意味します。

実際、ほとんどの無機半導体は内部構造が対称であり、電子は特定の方向に偏らずに移動します。

自然界では、分子は通常、左手または右手のキラル構造を持ちます。キラル分子（DNAなど）は互いに鏡像関係にあり、キラリティは生物学的プロセスで重要な役割を果たします。しかし、エレクトロニクスでそれを利用し制御することは困難です。

そこで、キラル半導体を作るために、研究者は自然からインスピレーションを得ました。半導体分子のスタックを右手または左手の螺旋状カラムに整列させました。

これらのキラル半導体はディスプレイ技術での可能性を示しています。現在の製品は光がスクリーンでフィルタリングされるため多くのエネルギーを浪費していますが、新開発のキラル半導体は自然に光を放出し、損失を減らし、画面をより明るくエネルギー効率的にします。

“有機半導体の研究を始めた当初、多くの人がその可能性を疑っていましたが、現在ではディスプレイ技術を支配しています。硬い無機半導体とは異なり、分子材料は驚異的な柔軟性を提供し、キラルLEDのような全く新しい構造を設計できます。これは、あらゆる形状のレゴセットで遊んでいるようなものです。”

半導体の基礎材料として使用されたトリアザトルクセン（TAT）は、6分子のピッチで螺旋状スタックを自発的に形成します。これにより電子が構造に沿って巻きつき、観測されたCPLを得ることができます。
UV光にさらされると、自己組織化したTATは「強い円偏光を持つ明るい緑色光」を放出します。共著者のマルコ・プレウスは、この効果は半導体で得るのが非常に難しかったと述べています。

“TATの構造は、電子が効率的に移動しながら光の放出特性に影響を与えることを可能にします。”

– プレウス

OLED製造方法を変更することで、研究者はTATを円偏光OLED（CP-OLED）に成功裏に使用でき、驚異的な輝度、効率、偏光レベルを示しました。
研究は、OLEDが外部量子効率最大16％、電界発光不対称性が10％以下であることを示しました。ケンブリッジ大学キャヴェンディッシュ研究所の共同第一著者リトゥパルノ・チョウドリーによると：

“我々は実質的に標準的なOLED製造レシピを再構築し、スマートフォンに使用されているような安定した非結晶化マトリックス内にキラル構造を閉じ込めました。これにより、円偏光LEDを実用的に作成する方法が提供されました。”

ディスプレイ以外にも、最新の開発は量子コンピューティングやスピントロニクスにも影響を与えます。ここでは電子の固有角運動量（スピン）を情報の記憶・処理に利用し、より高速で安全なコンピューティングシステムを実現します。
実用化に関しては、このブレークスルーは今後3〜5年でディスプレイ技術の商業応用が見込まれ、スピントロニクスや量子コンピューティングへの応用は10年程度で発展する可能性があります。

革新的な企業

Universal Display Corporation (OLED )

Universal Display Corporation（UDC）は、フラットパネルディスプレイ、照明、有機エレクトロニクス向けOLED技術の開発と商業化をリードする企業です。また、OLEDディスプレイと照明用の有機材料・技術の主要サプライヤーでもあります。

約30年前に設立されたUDCは、次世代ディスプレイの創造を目指しています。同社の独自技術と材料は、スマートフォン、スマートウォッチ、タブレット、テレビなど、世界中の商用OLED製品に使用されています。代表的な例としてLGのOLEDテレビやサムスンのGalaxyシリーズがあります。UDCは世界中で6,000件以上の特許を取得・出願しています。

同社は、より高効率で性能向上を実現するリン光性OLED（PHOLED）材料の研究・開発・商業化を専門としています。

時価総額は74億2500万ドルで、執筆時点の株価は156.41ドル（年初来6.98%上昇）です。EPS（TTM）は4.65、P/E（TTM）は33.64、配当利回りは1.15%です。

1か月前、Universal Display Corporationは財務結果を発表し、2024年第4四半期の売上高が1億6230万ドルで、2023年同四半期の1億5830万ドルから増加したことを明らかにしました。

材料販売からの収益は9,330万ドルに増加し、同社のエミッタ材料への需要が強化されたためです。ロイヤリティとライセンス料は6,440万ドルで、累積的なキャッチアップ調整の減少により減少しました。

第4四半期の材料販売コストは3,420万ドルで、単位材料量が増加したためです。総粗利益率は77%でした。営業利益は5,250万ドル、純利益は4,600万ドル、1株当たり希薄化後利益は0.96ドルでした。

通年では、総収益が6億4770万ドルで、前年比12.36%増加しました。そのうち、材料販売が3億6540万ドル（コスト1億3700万ドル）、ロイヤリティとライセンス料が2億6680万ドルでした。

営業利益は2億3880万ドル、純利益は2億2210万ドル（希薄化後1株当たり4.65ドル）で、2023年の2億0300万ドル（1株当たり4.24ドル）と比較して増加しました。

UDCはまた、カリフォルニア州OVJP拠点の閉鎖計画に関連する構造改革費用として890万ドルを報告しました。

「堅実な財務実績の記録的な年」について語り、UDCの副社長兼最高財務責任者であるブライアン・ミラードは、OLED業界全体で見られる成長と進歩を指摘しました。

企業は製品ロードマップを拡大し、主要パネルメーカーは新しいファブへの投資を増やして、特に新興ITおよび自動車市場での需要増に対応していますとミラードは述べ、付け加えました：

“我々はこの新たな設備投資サイクルが、意味のある新OLED容量、新OLED製品、そして新OLED採用者への道を開くと信じています。”

今年度、UDCは収益を6億4000万ドルから7億ドルの間と予測しており、「OLED業界は多くの変数が結果に大きな影響を与える段階にある」と指摘しています。
同社はまた、2025年第1四半期の1株当たり0.45ドルの現金配当を、2025年3月31日に支払うことを発表しました。

“エコシステムの先駆者かつリーダーとして、エネルギー効率が高く高性能なリン光性材料とOLED技術のポートフォリオを拡大し続け、顧客を支援し業界を牽引できる立場にあります。”

– CFO ミラード

Universal Display Corporationの最新情報

結論

発光ダイオードの進化は、ディスプレイと照明技術を大幅に向上させました。この進歩により、OLED技術は画像品質の向上、薄型・軽量設計、柔軟性、イノベーションという利点をもたらしました。

OLED技術は初期から大きく進歩しましたが、効率とコストの面で課題が残っています。そのため、キラル半導体の最近の進展は、開発の重要な転換点となります。

電子の動きを制御し、高効率で円偏光光を放出できる能力は、ディスプレイ技術を大きく変革し、量子コンピューティングやスピントロニクスの新たな可能性を開くでしょう。

このイノベーションの商業化が近い将来に実現すれば、エレクトロニクスの動作方式が再定義され、エネルギー効率が高く高性能な電子デバイスが今後増えることが期待されます。

参照研究：

1. Chowdhury, R., Preuss, M. D., Cho, H.-H., Thompson, J. J. P., Sen, S., Baikie, T. K., Ghosh, P., Boeije, Y., Chua, X. W., Chang, K.-W., Guo, E., van der Tol, J., van den Bersselaar, B. W. L., Taddeucci, A., Daub, N., Dekker, D. M., Keene, S. T., Vantomme, G., Ehrler, B., Meskers, S. C. J., Rao, A., Monserrat, B., Meijer, E. W., & Friend, R. H. (2025). キラル超分子半導体薄膜からの円偏光電界発光. Science, 387(6739), 1175–1181. https://doi.org/10.1126/science.adt3011