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有機エレクトロニクス・フォトニクス材料・デバイス―21世紀の情報産業を支える技術―

(2003年『有機エレクトロニクス・フォトニクス材料とデバイス―21世紀情報産業の新たな展開をめざして―』普及版)

商品コード: B0878

  • 監修: 長村利彦
  • 発行日: 2009年6月
  • 価格(税込): 5,616 円
  • 体裁: A5判,371ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0086-3

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刊行にあたって

 21世紀を迎えて我が国産業界を取りまく状況がかなり厳しくなってきている中で,記録,表示などの情報関連は大きな飛躍が期待できる分野の一つとして成長を続けています。この度,「次世代の情報産業の有力な担い手として期待が高まっている有機エレクトロニクス・フォトニクス材料およびデバイスに焦点をあて,現状と展望を広い視点でまとめたい」という企画の監修を依頼されました。1991年から主に浜松で「有機デバイス研究会」講演会をこれまで50回以上開催し,多くの方々と情報処理,エネルギー,環境,医療などの広い分野で情報交換の場を設けています。そのようなつながりも含めて,我が国の情報関連産業のさらなる発展に少しでも役立てればとお引き受けした次第です。
 これからの産業の発展には,大量生産・大量消費時代の生産技術・スケール優先あるいは利便性の追求だけではなく,生産にかかわるトータルのエネルギーおよび物質収支,地球環境への負荷などの観点も非常に重要になってきています。生命体は簡単な構造の核酸塩基の組み合わせによる遺伝子情報に基づいて,正確に大きなエネルギーを使わずに,極めて巧妙な情報処理機能あるいはエネルギー変換機能などを,実現しています。このようなことから,新しいブレークスルーを与え21世紀情報産業の発展を支えるのは,数オングストローム(10-10m)から数ナノメーター(nm)の大きさの分子自身に特性が備わっており,骨格構造あるいは置換基によって容易にそれらの設計や制御ができ,いろいろな相互作用を利用して集合・配列させたり,異なる組みあわせにより,さらに高次機能が発現される有機分子を積極的に利用する「有機エレクトロニクス・フォトニクス材料およびデバイス」と期待され,その実現に向かって着実な歩みが進められています。本書はそのような研究・開発・実用化において道しるべとなるように,ナノカーボンまで含めた有機系についてどのような材料があり,どのような機能が発揮され,それらの組み合わせと組織化によりどのようなデバイスが出来ているのかを知り,さらに今後どのような事が必要で,どのような展開が期待されるのかなどの高度な内容を,それぞれの専門分野の第一線の方々に,できるだけわかりやすい表現で記述していただきました。
 広い分野の著者のご協力により完成しました本書をできるだけたくさんの研究者や技術者にご高覧いただき,情報関連産業における新しい展開の一助にしていただければと切望しております。
 最後に,ご多忙中にもかかわらず執筆を快く引き受けていただいた方々に心からお礼申し上げます。

(「はじめに」より)

2003年7月
九州大学大学院工学研究院(前 静岡大学電子工学研究所)  長村利彦

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2003年に『有機エレクトロニクス・フォトニクス材料とデバイス―21世紀情報産業の新たな展開をめざして―』として刊行されました。普及版の刊行にあたり,内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので,ご了承ください。

2009年6月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

城田靖彦   大阪大学大学院 工学研究科 物質化学専攻 教授
         (現)福井工業大学 教授
和田善玄   (現)JSR(株) 機能フィルム部技術課 課長
安藤慎治   (現)東京工業大学大学院 理工学研究科 物質科学専攻 教授
横山 泰   (現)横浜国立大学大学院 工学研究院 機能の創生部門 教授
苗村省平   (現)鳥取大学 工学部付属電子ディスプレイ研究センター 客員教授
大森 裕   (現)大阪大学 先端科学イノベーションセンター 教授
堀田 収   (現)京都工芸繊維大学大学院 工芸科学研究科 教授
市野善朗   (現)産業技術総合研究所 計測標準研究部門 主任研究員
柳 久雄   神戸大学 工学部 応用化学科 助手
         (現)奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 教授
市川 結   (現)信州大学 繊維学部 化学・材料系 機能高分子学課程 准教授
谷口彬雄   (現)信州大学 繊維学部 教授
景山 弘   大阪大学大学院 工学研究科 物質化学専攻 助手
粟野祐二   (現)(株)富士通研究所 ナノテクノロジー研究センター 主席研究員
長村利彦   (現)九州大学大学院 工学研究院 応用化学部門 教授
関 隆広   (現)名古屋大学大学院 工学研究科 物質制御工学専攻 教授
中野嘉一郎  (現)日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任研究員
長谷川悦雄  (現)日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 シニアエキスパート
額田克己   (現)富士ゼロックス(株) 画形材開発本部 画形材研究開発部 チーム長
安達宏昭   大阪大学大学院 工学研究科 電気工学専攻 助手
         (現)(株)創晶 代表取締役社長
佐々木孝友  大阪大学大学院 工学研究科 電気工学専攻 教授
宮下徳治   (現)東北大学 多元物質科学研究所 教授(副所長) Distinguished Professor
三ツ石方也  (現)東北大学 多元物質科学研究所 准教授
吉村朋也   (現)三菱レイヨン(株) 情報デバイス開発センター 光学製品グループ グループリーダー
嶋田泰宏   (現)富士フイルム(株) R&D統括本部 有機合成化学研究所 研究担当部長
筒井恭治   (現)(株)リコー 研究開発本部 技師長
大庭直樹   日本電信電話(株) フォトニクス研究所 主任研究員
八田竜夫   三菱電機(株) 情報技術総合研究所 光通信技術部 チームリーダー
辰浦 智   (現)富士ゼロックス(株) オプト&エレクトロニクス要素技術研究所 リサーチリーダー
大嶋雅史   (現)日本カーリット(株) R&Dセンター 副所長
西 美緒   ソニー(株) 執行役員常務 コーポレートリサーチフェロー マテリアル研究所 所長
         (現)(株)アルゴグラフィックス 監査役
桜井宏巳   (現)旭硝子(株) 中央研究所 主幹研究員
工藤一浩   (現)千葉大学大学院 工学研究科 教授
安達千波矢  千歳科学技術大学 光科学部 物質光科学科 助教授;科学技術振興事業団
         (現)九州大学 未来化学創造センター 教授
山本英利   千歳科学技術大学 光科学部 物質光科学科 
横山 亘   千歳科学技術大学 光科学部 物質光科学科 
藤田克彦   (現)九州大学 先導物質化学研究所 准教授
久保佳実   NEC 基礎研究所 CNT応用研究センター センター長
小林範久   (現)千葉大学大学院 融合科学研究科 教授

 執筆者の所属表記は、注記以外は2003年当時のものを使用しております。

目次

序章 躍進する有機機能材料

【材料編】
第1章 光学材料
1. 高分子
1.1 耐熱透明樹脂「ARTON」
1.1.1 はじめに
1.1.2 分子設計の考え方
1.1.3 ARTONの特性
1.1.4 ARTONの応用
1.1.5 おわりに
1.2 含フッ素ポリイミド
1.2.1 はじめに
1.2.2 ポリイミド光学材料とは
1.2.3 ポリイミドの光学部品への応用例
1.2.4 おわりに

2. 色素・液晶
2.1 フォトンモード記録用色素
2.1.1 フォトンモードvs.ヒートモード
2.1.2 消去不可能な光記録
2.1.3 消去可能な光記録
2.1.4 光反応する色素
2.1.5 PHB
2.1.6 フォトクロミズム
2.1.7 記録の書き込みと消去
2.1.8 記録の読み出し
2.1.9 近未来の発展方向
2.2 液晶
2.2.1 液晶状態と液晶材料
2.2.2 ディスプレイデバイスへの応用
2.2.3 ディスプレイ用液晶材料の構造と物性
2.2.4 現状と今後の動向

第2章 電子材料
1. 導電性高分子
1.1 はじめに
1.2 導電性高分子の機能性
1.3 各種導電性高分子の性質
1.4 トランジスターの形成
1.5 おわりに

2. 低分子結晶
2.1 はじめに
2.2 低分子結晶のいろいろ
2.3 低分子結晶の結晶構造とその形態的特徴
2.4 低分子結晶を用いた光電子デバイス
2.4.1 結晶FET
2.4.2 結晶発光材料
2.5 将来の展望

3. アモルファス分子材料
3.1 はじめに
3.2 分子性レジストの創出
3.2.1 ネガ型分子性レジストの開発
3.2.2 ポジ型分子性レジストの開発
3.3 有機EL素子用アモルファス分子材料の創出とそれらを用いる高性能デバイスの開発
3.3.1 ホールブロッキッング材料
3.3.2 発光材料

4. カーボンナノチューブ
4.1 カーボンナノチューブの金属的性質の利用
4.2 カーボンナノチューブのLSI配線ビア応用と技術課題
4.3 配線応用のためのカーボンナノチューブCVD成長技術
4.4 プラズマCVDによるカーボンナノチューブの位置・方向制御成長
4.5 熱フィラメントCVDによるカーボンナノチューブの構造制御成長
4.6 カーボンナノチューブのCVD成長と低抵抗コンタクトの同時形成
4.7 おわりに

【プロセス・評価技術編】
第1章 配向・配列制御
1. LB膜―クロモフォアの配向・配列制御と評価、特異な物性と応用―
1.1 はじめに
1.2 クロモフォアの相互作用制御と吸収スペクトル変化
1.3 LB膜で相互作用したクロモフォア間の高効率エネルギー移動
1.4 LB膜によるクロモフォアの配向・配列制御
1.5 LB膜系の光電あるいは電光変換
1.6 LB膜系の光光変換
1.7 おわりに

2. 光応答単分子膜を用いた機能性薄膜の光配向プロセス
2.1 はじめに
2.2 共役高分子鎖の光制御
2.2.1 π共役系高分子
2.2.2 σ共役系高分子
2.3 メソポーラス薄膜材料の光制御
2.4 おわりに

第2章 微細加工
1. リソグラフィー、フォトレジストの現状と展望
1.1 はじめに
1.2 ノボラック・レジスト
1.3 エキシマレーザー露光用レジスト
1.3.1 KrFエキシマレーザー露光用レジスト
1.3.2 ArFエキシマレーザー露光用レジスト
1.3.3 F2エキシマレーザー露光用レジスト
1.4 将来露光技術

【機能・基盤技術編】
第1章 変換
1. フタロシアニン誘導体による光電変換とカラーレーザープリンター
1.1 はじめに
1.2 デジタル化・カラー化と感光体
1.3 カラー用OPCのCGMに対する要求特性とフタロシアニン顔料
1.3.1 TiOPc
1.3.2 GaPc類
1.4 電荷発生と結晶構造
1.5 フタロシアニン顔料の電荷発生機構
1.6 CGMとしての実用化、フタロシアニン顔料の合成・結晶変換処方と特性
1.7 おわりに

2. 有機非線形光学材料DASTの高品質結晶育成と電気光学評価・応用
2.1 はじめに
2.2 有機非線形光学材料DAST
2.3 DASTの高品質結晶育成
2.4 DASTの電気光学評価と素子応用

3. 金属錯体薄膜による発光酸素センサー
3.1 はじめに
3.2 測定原理
3.3 発光酸素センサー用色素
3.3.1 遷移金属錯体
3.3.2 金属含有ポルフィリン
3.3.3 希土類金属錯体
3.4 固定化方法
3.4.1 塗布法
3.4.2 色素吸着法
3.4.3 Langmuir-Blodgett(LB)法
3.5 発光酸素ガスセンサーの高精度・高感度化―寿命計測―
3.5.1 発光寿命測定
3.5.2 励起三重項状態の寿命測定
3.6 おわりに

第2章 伝送
1. POFの最新動向
1.1 はじめに
1.2 POFの構造
1.3 POFの製法
1.4 伝送特性
1.4.1 伝送損失
1.4.2 伝送帯域幅
1.5 POFの通信用途への展開
1.6 おわりに

第3章 記録
1. カラー写真用色素の分子設計
1.1 はじめに
1.2 カラー写真の発色現像
1.3 カプラーの発色反応
1.4 カプラーの分子構造とその分子設計
1.4.1 イエローカプラー
1.4.2 マゼンタカプラー
1.4.3 シアンカプラー
1.5 おわりに

2. 可逆感熱記録
2.1 はじめに
2.2 可逆感熱記録の方式と特徴
2.2.1 長鎖低分子/高分子複合系の可逆感熱記録
2.2.2 ロイコ染料を用いた発色型可逆感熱記録
2.3 ロイコ染料/長鎖型顕色剤系の可逆感熱記録
2.3.1 発色・消色の原理
2.3.2 実用的な特性のための材料設計
2.3.3 リライタブル感熱記録媒体の設計
2.4 おわりに

第4章 変調・演算
1. 導波モード薄膜の光誘起複素屈折率変化による超高速並列光制御
1.1 はじめに
1.2 各種空間光変調器の原理と特性
1.3 高分子・金属複合薄膜による超高速並列光情報処理
1.3.1 材料の屈折率制御
1.3.2 導波モード薄膜の光誘起複素屈折率変化による並列光情報処理
1.4 おわりに

第5章 スイッチ
1. 高分子導波路光スイッチ
1.1 はじめに
1.2 高分子導波路材料と導波路作製プロセス
1.3 高分子導波路熱光学スイッチの種類と特性
1.4 マッハツェンダー干渉計型熱光学スイッチ
1.5 デジタル熱光学スイッチ
1.6 他の構造のTOスイッチ
1.7 おわりに

2. クロスコネクトスイッチ
2.1 クロスコネクトスイッチの光化
2.2 跳ね橋型高分子スイッチの位置づけ
2.3 跳ね橋構造の動作原理
2.4 スイッチの基本構造
2.5 クロスポイントの損失性能
2.6 高分子導波路に生じる応力分布
2.7 高分子導波路の損失
2.8 スイッチングメカニズムとスイッチング速度
2.9 スイッチングの信頼性
2.10 低コストなクロスコネクトへの期待

3. 超高速並列処理―フェムト秒応答の並列処理材料・デバイス
3.1 はじめに
3.2 有機薄膜を用いた超高速並列光スイッチ
3.2.1 デバイスの動作原理
3.2.2 超高速光シャッター材料
3.2.3 有機薄膜による超高速光DEMUX
3.3 通信波長帯に光学応答を有する薄膜材料
3.4 有機非線形光学材料の課題と展望

第6章 蓄積・貯蔵
1. 導電性高分子固体電解コンデンサ
1.1 コンデンサとは
1.2 電解コンデンサの構造
1.3 有機導電体を陰極に使用した電解コンデンサ
1.3.1 有機導電体とは
1.3.2 TCNQ塩を使用した電解コンデンサ
1.3.3 導電性高分子を使用した電解コンデンサ
1.4 導電性高分子固体電解コンデンサの性能と用途
1.5 今後の課題

2. リチウム系二次電池と有機エレクトロニクス材料
2.1 はじめに
2.2 金属リチウム二次電池
2.2.1 ポリアニリン
2.2.2 ポリアセン
2.2.3 ジスルフィド化合物
2.3 リチウムイオン二次電池
2.3.1 LIBの原理
2.3.2 負極炭素質材料
2.3.3 電解液
2.3.4 バインダー
2.3.5 セパレーター
2.3.6 PTC素子
2.4 高分子ゲル電解質電池
2.4.1 高分子ゲル電解質の種類
2.5 純正高分子電解質
2.6 おわりに

【新しいデバイスへの展開編】
第1章 ホログラフィック記録―各種材料・デバイス・システムの現状と展望
1. はじめに
2. ホログラフィックストレージ用デバイスおよびシステム
3. 記録材料
3.1 WORM材料
3.2 RW材料
3.2.1 フォトクロミック系の材料開発
3.2.2 フォトリフラクティブ系の材料開発
4. おわりに

第2章 有機トランジスタと情報タグの現状と展望
1. 有機トランジスタ実用化への課題と開発状況
2. 有機集積回路応用
3. 情報タグ
4. 光電変換素子
5. 表示デバイス
6. 今後の展開

第3章 有機半導体レーザー
1. はじめに
2. 有機LEDの到達点
2.1 OLED発光効率
2.2 リン光材料とホスト材料
2.3 デバイス構造の最適化
2.4 T-T annihilation
2.5 Direct exciton形成機構
2.6 内部量子効率
3. 有機半導体レーザーダイオードの構築
3.1 積層薄膜構造の問題点
3.2 大電流密度への挑戦
3.3 レーザー活性材料(蛍光・リン光材料)(低閾値での反転分布形成)
3.4 電流励起可能なデバイス構造での光励起実験
4. 有機半導体レーザーの電気励起
4.1 ASE可能なデバイスの電気的特性
4.2 高電流密度下での励起子annihilation過程
5. 今後の展望

第4章 pn接合有機太陽電池の現状と展望
1. はじめに
2. 素子構造と特性評価について
3. 駆動機構
4. 積層型太陽電池
5. バルクヘテロ接合型太陽電池
6. 課題と展望

第5章 カーボンナノチューブによる燃料電池
1. はじめに
2. モバイル燃料電池の原理と構成
3. カーボンナノチューブの電極応用
4. モバイル燃料電池の試作品
5. 技術課題と今後の展望

第6章 有機ELディスプレイ用発光材料とフィルム状有機ELの最近の展開と展望
1. 有機ELの発光原理と素子構造
2. 低分子系有機EL材料の特徴
3. 高分子系有機EL材料の特徴
4. フィルム状有機EL素子
5. 今後の展開

第7章 デジタルペーパー
1. はじめに―デジタルペーパーの考え方―
2. デジタルペーパーの開発指針
3. デジタルペーパーの開発動向と有機物の役割
3.1 粒子移動方式
3.2 球状粒子反転(ツイストボール)方式
3.3 液晶方式
3.4 電気化学反応方式
3.5 化学反応方式
3.6 物理的・機械的制御方式
4. おわりに

【索引】
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