私の発言　 安達 千波矢氏　できない技術はない。必ずできるという強い信念をもって取り組む姿勢が大事

物理から有機EL（OLED）の材料研究へ

聞き手：大学でなぜ有機EL（OLED）の研究を始めることになったのでしょうか。

安達：大学の学部は物理学科だったのですが，講義で理化学研究所の主任研究員だった雀部博之先生の話を聞いたことがきっかけになりました。先生は，有機分子でいろいろなエレクトロニクスの素子を作ることができるという話をされました。有機物質と言えば絶縁体でプラスチックのようなイメージですから，普通は電気を流すなんて考えません。例えば，無機の半導体はシリコンなどの元素で決まります。しかし，有機物質は，レゴブロックを組み合わせて家や車を作るように，合成によってさまざまな機能分子を作ることができます。究極的には分子1個で1つの電子素子を作ることができる。これはすごいと思い，大学院は有機半導体の研究ができる九州大学の応用化学系の学科に進みました。そして，研究室の斎藤省吾先生から勧められたのが有機EL（エレクトロルミネッセンス）の材料研究だったのです。
　有機物質のほとんどのものは正孔（プラスの電流）を流すものばかりで，エレクトロン（電子）を流すものはほとんどありませんでした。半導体はP型とN型という2つの性質の異なる物質を積層して素子を作ります。P型しかないと，LEDも作りにくいのです。そこで，大学院では，有機物質で電子を流す物質を見つけることに執念を燃やし，ずっと取り組んできました。理想とする物質を見つけるのに2年かかりました。1989年に私が見つけた物質はオキサジアゾールという電子を輸送する物質です。私はすごい発見だなと思っていたのですが，当時は誰もその重要性に気づきませんでした。電子を輸送する物質が見つかり，正孔を流す物質もあったので，両者を積層してOLEDを作り，一気に成果が出てきました。
　私が有機ELに魅力を感じるのは，有機物質にアクティブに電流を流して光らせることができる点にあります。液晶は基本的に後ろにバックライトがあり，液晶の機能としてはシャッターの役割しかありません。有機ELは有機物そのものが光っているのです。まさにレゴブロックで，いろいろな原子を好き勝手に組み合わせ，電子を流して光らせることができることは，研究者としてワクワクします。現在，液晶と有機ELのディスプレイの画質は互角です。ただし，有機ELが携帯電話などに広く使われてきているのは，省スペース化でき，フィルム状にできて折り曲げられることにあります。曲面の多い車のダッシュボードなどには有機ELのほうがいいので，自動車メーカーは今，頑張って有機ELを搭載しようとしています。応答速度もマイクロセカンドですから，液晶に比べて100倍ぐらい速く，サッカーの試合をはじめスポーツ中継などでは圧倒的に有機ELのほうがいいです。ただし，ネックは素子寿命で，そこが今一番の課題になっています。

第3世代の発光材料の開発に成功

聞き手：電気を100％光に変換する画期的な熱励起遅延蛍光（TADF）の発見にいたった経緯についてご説明いただけますか。

安達：1999年からアメリカのプリンストン大学のフォレスト先生に招かれ，先生の研究室で発光材料の研究をしていました。有機ELの第1世代の発光材料は蛍光で，フォレスト先生は第2世代のりん光材料を使った有機ELの開発をしていました。2000年にはイリジウム錯体を使って，ほぼ100％の効率で電子を光に変換することができるようになりました。アメリカには3年間いて，日本に戻ってきました。先生のもとでやっていた仕事を引き継いでやっていく選択肢はありましたが，私としては日本発の新しい発光材料を作りたいという考えが頭にありました。アメリカでは，研究者は積極果敢に新しいことにチャンレンジしていて，私はその姿勢に衝撃を受けていました。それで，今までやってきたことはチャラにして，まったく新しいことにチャレンジしようと思ったのです。
　流した電流を100％の効率で光に変換可能な技術の一つが，TADFという技術でした。TADFは，実は光科学の教科書に，そういう現象の存在が書かれているのです。ただし，遅延蛍光は熱を吸収して高いエネルギー状態を作る方法なのですが，効率が非常に低くて数％しかありません。ですから，みんなこんなプロセスはダメだろうと思っていたのです。しかし，教科書を見ていたら，それを実現するための式も載っていました。その基礎原理をもとに新しいTADFの分子を設計しました。これが第3世代の発光材料として位置づけられています。フォレスト先生の第2世代では，白金やイリジウムなどのレアメタルを使いますが，TADF材料は，炭素と窒素，酸素，水素等の元素だけで有機EL素子が可能になります。これは大きなメリットです。
　ドナーとアクセプターを積層させると，ドナーは電子を出しやすく，アクセプターは電子を受け取りやすいので，この界面で分子間相互作用が起きてしまいます。これはエキサイプレックスと呼ばれています。大学院当時はこのエキサイプレックスをいかに避けるかをずっと考えてきましたが，このエキサイプレックスがTADFだったのです。実は，私は学生のときに，TADFという現象を見ていたのですが，当時は見逃していたのです。TADFを観測するために，ナノセカンドオーダーの高速分光装置をはじめ，さまざまな装置が必要になるのですが，当時はそういう装置がなかったからでもあります。そういった自分の体験から，学生には，日々の実験のなかで，実はすごいことが起きていることを見逃さないようにと話しています。

ベンチャーを立ち上げ，メーカーと開発を進める

聞き手：開発されたTADF材料を使った有機ELの実用化は進んでいるのですか。課題はありますか。

安達：黄色の素子は台湾の会社から実用化になっていますし，緑はほぼ完成し，赤はそこそこですが，青がまだ少し時間がかかりそうです。ただし，実用レベルには来ていますので，Kyuluxというベンチャーを立ち上げ，そこで今いろんなパネルメーカーと一緒に開発をしています。やはり耐久性は課題で，まったく劣化しない素子を作るところにはまだいたっていません。
　これは，痛しかゆしのところがあります。100％の発光効率を実現するためには，どうしても三重項励起状態を作らざるを得ないのです。有機物質のなかには，一重項と三重項という2つの励起状態があり，電子を再結合させると25％が一重項励起子で，75％が三重項励起子という状態になります。一重項からの発光は蛍光です。ですから，蛍光分子を使う場合，25％しか内部効率が出ないので，効率よく光らせようとすると三重項励起子を発光させる必要があります。フォレスト先生の技術は，ダイレクトに三重項励起子から発光させる方法です。それに対して，三重項励起子を一重項励起状態に熱で持ち上げてアップコンバージョンし，一重項励起状態から100％の効率で光らせるのがわれわれのTADFの技術になります。どちらにしても三重項励起状態を経由することになります。一重項励起状態は大体ナノセカンドで元の基底状態に戻りますが，三重項励起状態はマイクロセカンドぐらいの寿命があり，約1万倍長く励起状態に止まっています。長く励起状態にいるということは，ごく微量でも水や酸素があると劣化しやすくなります。
　1980年代後半に私が最初に作った有機EL素子は2～3分しかもちませんでした。最初はわからなかったのですが，その後，水や酸素を徹底的に除去することが大事だとわかってきました。有機物質でいろいろな素子を作っても，どこかで水や酸素に触れる場面があり，それが膜の中にあると，分子の酸化や水の電気分解が起き，劣化の原因になっていたのです。無機デバイスの場合は500～1,000度という高温プロセスを使い素子を作りますので，水や酸素には触れませんが，有機ELは50～100度の低温プロセスでやらなければなりません。エネルギーを使わないので環境に優しいというメリットはあるのですが，逆に水や酸素が入り込んでしまうのです。
　そこで，成膜するときにはグローボックス（封止装置）で，水や酸素がまったくない状態で素子を封止し，完全に水や酸素に触れない状態にすると，耐久性が伸びていきました。水や酸素がある状態とない状態とでは，有機物はまったく別物のようにふるまうのです。それがわかってきたのは1995年から2000年ぐらいにかけてで，そこから使えそうだと企業の方々の関心も急に高まってきました。そして，徐々に細かいことがわかってきて，耐久性が上がっていきました。今も劣化のメカニズムを一つひとつ見つけ，解決し，耐久性を上げる取り組みを続けているところです。

人と話すことで突破口が開ける

聞き手：研究をされてきた中で苦労されたエピソードがありましたらお聞かせいただけますか。また，その困難をどのようにして乗り越えられたのでしょうか。

安達：困難は数々あり，時間的には95％はうまくいかない期間で，ずっと悩み続けている感じでした。それでも，2年間かけて新しい電子材料を見つけましたが，どんな研究でも最後は突き抜けて，トンネルを抜ける瞬間はあるものです。そのときは，メチャクチャ嬉しいです。でも，トンネルを抜けてしまうと，また新たなテーマが出てきます。研究者というのは変なもので，一つの山に登ったらもうその瞬間に，次の山に登りたいと思うのです。ですから，嬉しさというのは半日も続かないです。2～3時間経ったらもう次のことを考え始めています。
　研究過程の7割，8割はうまくいかないことの連続ですから，そのときには1人で閉じこもっているのではなく，いろいろな人と話すことがポイントです。積極的に学会に行って話したり，全然違う分野の人と話したりすると，接点が出てくるものです。研究者は自分だけでやったような気になっていますが，意外と人と話している間に，自分の考えが間違っているとか，自分の考えている以上の意外なヒントや見方を得られたりすることがあるのです。例えば，欧米の人は，頻繁にコーヒータイムを取りますが，そのときに自分の研究とは違う人たちとよく話をしています。どうでもいい話を含めていろいろ話をするなかで，ヒントを得ています。私は，欧米の底力はそこにあるのではないかと思っています。
　欧米の研究室にいると，だいたい一生懸命実験をしているのは，日本人や中国人，韓国人などのアジア人です。欧米の人たちは，コーヒーを飲んで遊んでいます。しかし，それは遊んでいるわけではなくて，コーヒーを飲んで考えているのです。そういうことに気がついたのです。欧米の研究者は，実験はミニマムで，暇さえあれば話しています。1回しか実験をせずに，こんなデータでそこまで言えるのかという感じに思うときもあります。一方，アジアの人は実験ばっかりしていて，たまに話をするという感じです。ですから，アジアの人たちは再現性の実験ばかりして疲れ果ててしまい，きれいなデータは取れているのですが，その解釈が甘いところがあります。私はその違いをすごく面白いと感じました。ですから，アジア人のように実験をして，欧米の人たちのように行き詰まったら話をする両方が大事だと考えています。

2つの分野にチャレンジして欲しい

聞き手：これから活躍を目指す若手研究者や技術者，学生に向けて，メッセージをお願いします。

安達：私は，基本的にできない技術はないと思っています。必ずできるという強い信念をもって取り組む姿勢が大事です。もちろん，時間がかかるかもしれませんが，絶対できると思ってやり続けているとできるのです。できないと思ってやっていると，頭が無理だと考えるので，できなくなってしまいます。でも，できると思ってやっていると，できる方法を考え，いろいろ積み重ねるので，いつの間にかできてしまうのです。もちろん，50年，100年もかかるものは基礎学問ならいいですが，エンジニアリングで生きていこうと思ったら，そこまでは生きられません。ですから，10年，20年くらいでものになる技術に取り組む必要があるので，そこは折り合いが必要です。
　私自身は，学部は物理で大学院では化学を専攻しました。物質を実際に合成していくのは料理と同じで，鍋の中にいろんなもの入れて混ぜて熱をかけて反応させて，そこから精製をしていきます。実際に実験をして，物ができて光るという現象はすごい楽しいです。しかも，99.9％なのか，99.99％なのか，99.999％なのかでまったく光り方も違います。その感覚は，机に座って物理の勉強している人にはわかりません。実際に実験室で実験をし，自分で物質を作ってみると， なるほどこれは99.999％なのだとわかるのです。物理の理論の土台は大切ですが，実験室の実験台の上でものを見ることも大切です。物理と化学それぞれはまったく違う世界で，お互いがお互いをリスペクトして，良さを理解することが求められます。私自身は両方を体験してきたので，卒論で入ってきた学生には，化学と物理の両方を経験したほうがいいよと言っています。早いうちに両方をやり始めるのが，バリアもないですからやりやすいです。ただし，人によって，数式が得意とか，実験が好きなどといった好き嫌いや向き不向きもあります。ですから，それぞれ自分の一番好きなところをやっていって，足りないところはコラボレーションで補う感じでもいいと思っています。

　私自身のこれからの目標としては，1つはTADFの派生技術としての熱電があります。熱は究極のゴミです。TADFは熱を吸い取る仕組みですから，空間熱をエネルギーとして利用できる技術に興味をもっています。また，分子レベルにアクセスする技術も進んできましたので，最初に話をした分子レベルでのデバイスの実現も夢ではないと思っています。
　それから，ちょっと変わったところでは，TADFのバイオセンシングへの応用があります。渡り鳥というのは北と南を認識する器官があり実際に移動していきますが， 実はそれはTADFの原理を使っているのです。電気励起下では一重項と三重項励起状態の比率が25％と75％と言いましたが，地磁気の影響を受けてその比率が変わり，それを鳥は感知して飛ぶ方向を判断しているのです。人間はTADFの原理をやっと見つけましたが，鳥はもう数万年前にすでにその原理を取り込んでいたのです。やはり生物のほうが先に進んでいるようです。そんなところにも，TADFの技術を応用していけたらと考えています。

（OplusE 2022年11・12月号（第488号）掲載。肩書などは掲載当時の情報です）