近畿⼤学 理⼯学部（⼤阪府東⼤阪市）応⽤化学科教授 今井喜胤よしたね 、⽴命館⼤学 ⽣命科学部（滋賀県草津市）応⽤化学科教授 花﨑知則、同講師 ⾦⼦光佑（執筆当時）らの研究グループは、アキラル（光学不活性^※1）な発光体を、性質の異なる2種類の液晶^※2材料に添加することにより、らせん状に回転しながら振動する円偏光を発⽣させ、加える電場の⽅向を連続的に切り替えることで、円偏光の回転⽅向を⾼速、連続的かつ可逆的に切り替えることに成功しました。
　本研究成果により、液晶ディスプレイの⾼機能化が可能となり、⾼度な次世代セキュリティ認証技術の実⽤化や、⾼機能有機ELデバイス等の製造コスト削減などに繋がることが期待されます。
　本件に関する論⽂が、令和7年（2025年）7⽉9⽇（⽔）に、光化学分野の国際的な学術誌である“ChemPhotoChem（ケミフォトケミ）”にオンライン掲載されました。

本件の背景

　特定の⽅向に振動する光を「偏光」といい、その中でも、らせん状に回転しているものを「円偏光」といいます。円偏光を発する発光デバイス（円偏光を発する有機発光ダイオード）は、3D表⽰⽤有機ELディスプレイなどに使⽤される新技術として注⽬されています。
　円偏光の回転⽅向が混在していると性能を⼗分に発揮できない可能性がありますが、現在⼀般的に使⽤されている液晶ディスプレイでは、円偏光の右回転、左回転のどちらかだけを100%取り出すことができません。円偏光の右回転、左回転のいずれかを取り出す際には、鏡⾯対称（左⼿と右⼿のような鏡像関係）の構造をもつキラル（光学活性^※3）な発光体が必須で、さらに周囲の溶媒の種類や温度を変える必要があります。しかし、この⽅法では、⾼速、連続的かつ可逆的な円偏光の回転⽅向制御ができず、液晶ディスプレイに活⽤する技術としては実⽤的ではないという課題がありました。
　研究グループは、液晶から特定の回転⽅向の円偏光を発⽣させるために、「拡張πパイ電⼦系有機発光材料^※4」に着⽬しました。拡張π電⼦系有機発光材料は、⾼い発光効率を有し、発光波⻑の制御が容易なことが特徴です。分⼦構造を少し変えるだけで、さまざまな⾊合いの発光が可能になることから、近年多くの種類が合成され盛んに研究されていますが、⼀般的に、円偏光を発⽣させるには、キラルな置換基^※5の導⼊が必要となります。

本件の内容

　近畿⼤学理⼯学部の研究グループでは、これまでに、単⼀の液晶材料に光学活性な有機発光材料を添加することで、円偏光を発⽣させることに成功しています。しかし、この⽅法ではキラルな置換基を導⼊した有機発光材料が必要という課題がありました。そこで、本研究では、アキラルな拡張π電⼦系有機発光材料を、性質の異なる2種類の液晶材料に添加することで、特定の回転⽅向の円偏光発光の取り出しに成功しました。さらに、この系に電場を加えることで液晶材料の配向を制御し、円偏光の回転⽅向を⾼速、連続的かつ可逆的に切り替えることに成功しました。
　今後、拡張π電⼦有機発光材料を変更することで、異なる⾊の円偏光の発⽣や⾼速切り替えも可能になることから、本研究成果は⾮常に汎⽤性の⾼い研究成果と⾔えます。本研究成果を活⽤することで、将来的に液晶ディスプレイから特定の回転⽅向の円偏光を⾃在に取り出せるようになり、液晶ディスプレイのほか発光ダイオードなどの⾼機能化にもつながることが期待されます。

論⽂掲載

• 掲載誌：ChemPhotoChem（インパクトファクター：3.0@2023）
• 論⽂名：Control of Circularly Polarized Luminescence in Extended Π-Electronic Aromatics-Based Chiral Liquid Crystals Induced by Electric Fields
• 著者：寺久保和希 ¹、中嶋晴⾹ ¹、鈴⽊太哉 ¹、⾦⼦光佑 ²（所属は執筆当時）、花崎知則 ²、今井喜胤 ^1*　*責任著者
• 所 属：1 近畿⼤学理⼯学部応⽤科学科、2 ⽴命館⼤学⽣命科学部応⽤化学科
• URL：https://doi.org/10.1002/cptc.202500112
• DOI：10.1002/cptc.202500112

本件の詳細

　拡張π電⼦有機発光材料は、発光効率が⾼く、化学修飾により発光波⻑を制御することができることから、近年盛んに研究されています。しかしながら、円偏光を取り出すには、不⻫^※6点を導⼊したキラルな有機発光材料が必要です。研究グループではこれまでに、キラルな有機発光材料をアキラルな液晶材料に添加し、キラルネマチック液晶^※7に相転移させることによって、円偏光を発⽣させることに成功しています。
　今回の研究では、⾼い発光特性を⽰すことが知られている2種類のアキラルな拡張π電⼦系有機発光体である「ピレン」および「ぺリレン」を、アキラル液晶4'-pentyl-4-biphenylcarbonitrile（5CB）とキラル液晶2-octyl-4-[4-(hexyloxy)benzoyloxy]benzoate（2OHBB）から構成されるハイブリッド液晶に添加することによって、円偏光の発⽣を試みました。その結果、アキラルな発光体を⽤いているにもかかわらず、380nmから530nmの範囲で円偏光の発⽣が確認できました。さらにこの系に直流電場を加え、電場のON-OFFに応じて、⾼速、連続的かつ可逆的な円偏光の回転⽅向の切り替えに成功しました。
　本研究により、拡張π電⼦系有機発光材料の基本的な分⼦である、ピレンやペリレンを⽤いて液晶での円偏光発⽣と回転⽅向の切り替えができるようになります、また今後、異なる拡張π電⼦系有機発光材料を⽤いて別の⾊の円偏光も同様に発⽣・切り替えが可能であることが⽰唆されており、⾮常に汎⽤性の⾼い研究成果であると⾔えます。研究グループは、別の⽅法でも円偏光の⾼速切り替えに成功していますが、本研究成果は液晶ディスプレイにすぐ応⽤可能な技術であり、今後、さまざまなデバイスの⾼機能化が期待できます。

近畿大学 理⼯学部 今井喜胤教授のコメント

　ハイブリッド液晶を⽤いた汎⽤性のある円偏光増幅系を⾒出し、従来の円偏光の回転⽅向制御とは⼀線を画す、⾼速かつ可逆的な回転⽅向の制御に成功しました。この⾰新的な技術は、デバイスのさらなる⾼機能化への道を⼤きく切り開くと期待されます。

研究⽀援

　本研究は、科学研究費補助⾦ 基盤研究（B）（課題番号 JP23H02040）、国⽴研究開発法⼈ 科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業CREST研究領域「独創的原理に基づく⾰新的光科学技術の創成」（研究総括：河⽥聡）研究課題「円偏光発光材料の開発に向けた⾰新的基盤技術の創成」（研究代表者：⾚⽊和夫）によって実施されました。

用語解説

• ※1 光学不活性
  光学活性に対して、偏光⾯を回転させる性質（旋光性）がないとき光学不活性という。
• ※2 液晶
  液体と固体の中間的な性質を持つ物質。液体のように流動性がありながら、分⼦の配列には⼀ 定の規則性が⾒られる。この特徴により、液晶は外部からの刺激で分⼦の配列が変わり、表⽰装置や光学機器など多様な分野で利⽤されている。
• ※3 光学活性
  物質が直線偏光の偏光⾯を回転させる性質があるとき、この物質は光学活性であるという。
• ※4 拡張π電⼦系有機発光材料
  エネルギー伝達効率を⾼めるため、電⼦が動きやすいように拡張した有 機物で、⾼効率かつ多彩な発光が可能。次世代ディスプレイや有機ELなどへの応⽤が期待されている。
• ※5 置換基
  有機化合物の⽔素原⼦を、他の原⼦などで置き換えた場合に、⽔素と置き換わった原⼦を置 換基という。
• ※6 不⻫
  分⼦などの⽴体構造が対称でないこと。鏡像関係にある異性体の存在が可能となる。
• ※7 キラルネマチック液晶
  光学活性分⼦を加え、らせん状に並ぶ性質を付与した液晶。光の選択的反射や 円偏光との相互作⽤に優れ、反射型ディスプレイや光学素⼦などに応⽤される。