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有機EL技術と材料開発

(2004年『有機EL材料技術』普及版)

商品コード: B0922

  • 監修: 佐藤佳晴
  • 発行日: 2010年5月
  • 価格(税込): 4,536 円
  • 体裁: A5判、279ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0211-9

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刊行にあたって

 有機EL(エレクトロルミネッセント)素子は、現在、車載ディスプレイ、携帯電話サブディスプレイ、デジタルカメラのモニタ等に応用され始めており、次世代の自発光型素子として注目されている。今日の有機EL素子の基本構造は、1987年にコダック社のTang博士らにより提案された機能分離型の積層構造にある。EL発光の指導原理はすべてこの積層構造にあり、有機EL素子の原点とも言える発表であった。
 低分子有機材料を用いた素子が現在の製品の主流であるが、高効率化および長寿命化に対して、ディスプレイメーカーにおける素子構造及び製造プロセス技術の最適化と、材料メーカーにおける新規材料開発とが両輪となって、急速な進歩がもたらされてきたと言える。
 全固体型のフラットパネルディスプレイとしての有機EL素子への期待は大きく、また、日本の技術的貢献が非常に大きい分野である。現状では、2インチクラスの小型表示素子が主力製品であるが、今後の大型化を目指して、真空蒸着プロセスに加えて、インクジェット技術を主流とする塗布プロセスの検討も加速されている。
 フルカラー化技術の進展にともなって白色発光素子の開発も行われており、長寿命のものも報告されている。白色発光技術は、ディスプレイ応用にとどまらず、固体照明と呼ばれる光源応用が将来期待される。有機EL素子の発光効率をさらに高めるために、基板からの光取り出し効率を大きく改善する検討も行われており、有機EL材料の開発と相まって発展していくことが期待される。
 本書は、有機EL素子の現状を踏まえた上で、今後の課題である、さらなる高効率化と長寿命化の必要条件である有機EL材料開発に軸をおき、材料、素子、プロセス、パネルまで含めた最新動向がカバーされるように編集し、執筆は各分野の第一線でご活躍の方々にお願いした。有機ELの研究に携わっておられる方、この分野を支えてくださっているアカデミアの方、新しくこの分野で研究を始められた方など多くの研究者の方々のお役に立てれば幸甚である。
 最後に、ご多忙中にもかかわらず執筆をお引き受けいただいた方々に心から感謝致します。
2004年5月  佐藤佳晴

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2004年に『有機EL材料技術』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。

2010年5月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

佐藤佳晴   (株)三菱化学科学技術研究センター 光電材料研究所 副所長
松本敏男   (株)アイメス 有機EL開発部 チーフエンジニア
照元幸次   (現)ローム(株) 研究開発本部 ディスプレイ研究開発センター 次席研究員
河村祐一郎   (独)科学技術振興機構
合志賢一   千歳科学技術大学大学院 光科学研究科
         (現)九州大学 未来化学創造センター 学術研究員
安達千波矢   千歳科学技術大学 光科学部 物質光科学科 教授;(独)科学技術振興機構
         (現)九州大学 未来化学創造センター 教授
三上明義   (現)金沢工業大学 工学部 教授
服部励治   (現)九州大学 産学連携センター 教授
木村 睦   (現)龍谷大学 理工学部 電子情報学科 教授
辻村隆俊   日本IBM ディスプレイ技術推進 APTOテクニカル・マスター
         (現)コダック(株) OLEDシステムズ開発本部 本部長
柳 雄二   トッキ(株) R&Dセンター シニアエグゼクティブエンジニア
         (現)三菱重工業(株) 機鉄事業部 新製品部 主席技師
佐藤竜一   富山大学 理工学研究科 物質科学専攻
吉森幸一   富山大学 工学部 電子情報工学科
中 茂樹   (現)富山大学 大学院理工学教育部 准教授
柴田 幹   (現)富山大学 工学部 技術専門員
岡田裕之   (現)富山大学 大学院理工学教育部 教授
女川博義   富山大学 工学部 電気電子システム工学科 教授
宮林 毅   ブラザー工業(株) パーソナル アンド ホーム カンパニー 部長
井上豊和   (現)ブラザー工業(株) 技術開発部 チームマネージャー
越後忠洋   富山大学 理工学研究科 電気電子システム工学専攻
R.J.Visser   Vitex Systems
榎田年男   東洋インキ製造(株) 色材事業本部 色材技術統括部 開発部 部長
内田 学   (現)チッソ石油化学(株) 五井研究所 研究第2センター 20G グループリーダー
細川地潮   (現)出光興産(株) 電子材料部 電子材料開発センター 所長
皐月 真   (株)林原生物化学研究所 粧薬・化学品センター 主事
菅 貞治   (元)(株)林原生物化学研究所 研究部
坂本正典   (現)東京理科大学 総合科学技術経営研究科 教授
岡田伸二郎   キャノン(株) OL第一開発部 12開発室 室長
都築俊満   日本放送協会 放送技術研究所
         (現)日本放送協会 松山放送局 技術部
時任静士   日本放送協会 放送技術研究所 主任研究員
内堀輝男   ダイニック(株) 電子特材技術グループ 参事補・スペシャリスト
         (現)ダイニック(株) 開発技術センター グループ長
鶴岡誠久   双葉電子工業(株) 商品開発センター プロダクトグループマネージャー
堀江賢一   (株)スリーボンド 研究所 研究企画課 課長
         (現)スリーボンド香港(株) 中華圏事業推進室 取締役室長
前田千春   (元)サエス・ゲッターズ・ジャパン(株) ゲッターアプリケーション開発室 室長
羽成 淳   東芝松下ディスプレイテクノロジー(株) AVCユース事業部 TV・PC製品技術部 製品技術第三担当 グループ長
         (現)東芝モバイルディスプレイ(株) OLED事業推進室 参事
秋元 肇   (株)日立製作所 中央研究所 ULSI研究部 主任研究員
高村 誠   ローム(株) 研究開発本部 ディスプレイ研究開発センター 課長
         (現)Lumiotec(株) 技術部 部長代理

執筆者の所属表記は、注記以外は2004年当時のものを使用しております。

目次

<課題編(基礎、原理、解析)>
序章 有機EL技術の現状と課題
1. はじめに 
2. 高効率化
3. 長寿命化
4. 今後の展望

第1章 長寿命化技術
1. 材料からのアプローチ
1.1 劣化原因
1.2 有機材料の改善
1.2.1 ガラス転移温度
1.2.2 電気化学的安定性
1.3 有機EL材料の使いこなし技術
1.3.1 ドーピング
1.3.2 混合ホスト
1.4 電極界面の制御

2. マルチフォトン有機EL素子
2.1 概説
2.1.1 マルチフォトン素子の構造と利点
2.2 マルチフォトン構造に至る開発経緯
2.2.1 「化学ドーピング層」
2.2.2 透明電極で複数の有機ELを直列接続したマルチフォトン素子
2.2.3 絶縁性電荷発生層の探索
2.3 マルチフォトン構造が解決する課題
2.3.1 耐久性
2.3.2 白色化
2.3.3 均一発光
2.4 おわりに

3. 有機EL素子駆動方法
3.1 はじめに
3.2 有機EL素子特性
3.2.1 電気・光学特性
3.2.2 等価回路
3.2.3 駆動回路の特徴
3.3 PM駆動方式
3.3.1 PM駆動方法
3.3.2 有機EL素子の特長を考慮したPM駆動方法
3.3.3 陰極リセット
3.3.4 大電流駆動
3.4 AM駆動方式
3.4.1 AM駆動方法
3.4.2 有機EL素子の特長を考慮したAM駆動方法
3.4.3 電流指定方式
3.5 おわりに

第2章 高発光効率化技術
1. リン光EL素子の原理と発光機構
1.1 Introduction
1.2 Ir系リン光材料
1.3 Ir(ppy)3のPL機構(I):低温におけるIr(ppy)3の特異な発光特性
1.4 PL絶対量子収率の測定と濃度依存性
1.5 Ir(ppy)3の三重項励起状態の閉じ込めと散逸過程
1.6 高強度励起光下におけるIr(ppy)3:CBP共蒸着膜の光物性
1.7 Direct excition形成機構

2. 光取り出し効率
2.1 内部量子効率と外部量子効率
2.1.1 内部量子効率
2.1.2 外部量子効率と光取り出し効率
2.2 発光特性と光学的効果
2.3 光学理論とシミュレーション解析技術
2.4 光取り出し効率の向上技術

第3章 駆動回路技術
1. TFT技術性能比較
1.1 はじめに
1.2 TFT寸法
1.3 輝度ムラと焼きつき
1.4 駆動方法
1.5 ディスプレイ寿命
1.6 消費電力
1.7 製造コスト
1.8 おわりに

2. ポリシリコン薄膜トランジスタ駆動の有機ELディスプレイ
2.1 はじめに
2.2 駆動方式の比較
2.2.1 基本要素
2.2.2 単純駆動法
2.2.3 ダイオード接続法
2.2.4 電圧プログラム法
2.2.5 電流プログラム法
2.2.6 カレントミラー法
2.2.7 面積階調法
2.2.8 時間階調法
2.3 駆動方式の分類
2.4 新しい駆動方式の提案
2.5 有機ELディスプレイのシステムオンパネル
2.6 おわりに

3. a‐Si技術及びトップエミッション構造
3.1 TFTオン電流問題の克服
3.1.1 TFTオン電流の設計上制約について
3.1.2 トップエミッション構造による設計制約の緩和
3.1.3 アモルファスシリコン形成手法によるモビリティー向上
3.2 TFT特性変動問題の克服
3.2.1 TFT特性変動の設計上制約について
3.2.2 電流集中型TFT特性劣化の解明と解決
3.2.3 TFTの駆動最適化による特性劣化の最小化
3.2.4 有機ELデバイス構造によるTFTストレスの最小化
3.2.5 画素補償回路によるTFT特性変動の吸収
3.3 世界最大20インチ有機ELディスプレイの実現

第4章 プロセス技術
1. ホットウォール
1.1 はじめに
1.2 ホットウォール蒸着法の原理
1.3 小型ホットウォール蒸着法
1.4 大型ホットウォール蒸着法
1.5 素子特性
1.6 おわりに

2. インクジェット
2.1 背景
2.2 IJP法による種々のデバイス作製
2.2.1 高分子分散系デバイス-デバイスの基礎検討
2.2.2 種々の高分子ホスト材料系での発光
2.2.3 IJP法による自己整合隔壁有機ELデバイス
2.3 結論と今後の展開

3. スプレイ塗布
3.1 背景
3.2 スプレイ塗布による有機薄膜の作製
3.3 均一成膜のためのシミュレーション
3.4 スプレイ膜の形成状態
3.5 デバイス特性
3.5.1 RGB発光
3.5.2 白色発光の試み
3.5.3 デュアルスプレイ法の提案と特性
3.5.4 低分子化の試み
3.6 結論と今後の課題

4. Barix Multi-Layer barriers as thin film encapsulation of Organic LightEmitting Diodes
4.1. Introduction
4.2. Experimental details
4.2.1 BarixTM encapsulation
4.2.2 Sample Description
4.2.3 Sample Testing
4.2.4 Accelerated aging and Thermal Shock Testing
4.3. Results and Discussion
4.3.1 Building and testing of a robust barrier structure and process、 results on Calcium test samples
4.3.2 Encapsulation of OLED bottom emission test samples
4.3.3 Top Emission pixels
4.3.4 Passive matrix displays
4.3.5 Industrialisation Conclusion

<材料編(課題を克服する材料)>
第5章 電荷輸送材料
1. 正孔注入材料
1.1 はじめに
1.2 高分子正孔注入材料
1.3 高分子正孔注入層を用いた素子の発光特性
1.4 まとめと今後の材料開発

2. 正孔輸送材料
2.1 はじめに
2.2 有機EL素子の動作原理
2.3 低分子正孔輸送材料
2.4 おわりに

3. 電子輸送材料
3.1 はじめに
3.2 電子輸送材料開発
3.3 チッソ(株)の電子輸送材料
3.3.1 シロール系電子輸送材料
3.3.2 最近の開発
3.4 おわりに

第6章 発光材料
1. 低分子発光材料の現状
1.1 はじめに
1.2 低分子有機EL材料の到達点
1.3 出光での開発の現状
1.3.1 正孔材の改良
1.3.2 青色ホスト材料の改良
1.3.3 フルカラー用純青材料
1.4 青色以外の発光材料の開発
1.4.1 緑色
1.4.2 赤色
1.4.3 橙色
1.4.4 混合ホスト
1.4.5 黄色
1.5 白色発光材料
1.6 おわりに

2. 蛍光ドーパント
2.1 はじめに
2.2 ドーパントとしてのクマリン色素の開発
2.2.1 緑色ドーパント
2.2.2 赤色、青色ドーパント
2.3 おわりに

3. 共役高分子材料
3.1 はじめに
3.2 共役系発光材料
3.2.1 PPV系材料
3.2.2 PF系材料
3.2.3 Poly-Spiro系材料
3.3 共役高分子有機ELの発光色
3.4 共役高分子有機ELの寿命
3.4.1 共役系高分子発光素子の寿命
3.4.2 発光高分子の寿命の原因
3.4.3 発光高分子材料の長寿命化
3.5 共役高分子有機EL素子の長寿命化
3.5.1 共役高分子有機ELデバイスの寿命原因
3.5.2 界面の課題
3.5.3 ホール輸送材料(HTL)の課題
3.5.4 電極と電荷バランス
3.6 おわりに

第7章 リン光用材料
1. リン光ドーパント
1.1 リン光性発光ドーパントの特徴
1.2 これまでに発表されたリン光ドーパント
1.3 発光色の制御
1.4 金属錯体の安定性
1.5 量子収率の設計
1.6 おわりに

2. リン光ホスト材料
2.1 はじめに
2.2 ホスト材料の役割と求められる特性
2.3 赤~緑色リン光素子用の低分子ホスト材料
2.4 青色リン光素子用の低分子ホスト材料
2.5 高分子ホスト材料
2.6 おわりに

3. 正孔阻止材料
3.1 リン光発光素子
3.2 正孔阻止層
3.3 今後

第8章 周辺材料
1. ダイニック(株)の水分ゲッター材「HGS(Humidity Getter Sheet)」
1.1 はじめに
1.2 有機ELのダークスポットについて
1.3 ダイニックの水分ゲッター材HGS
1.3.1 水分ゲッターの反応機構
1.3.2 水分ゲッターシートの構造
1.3.3 水分ゲッターシートの吸湿特性
1.3.4 シートの厚さ
1.3.5 水分以外の劣化成分の除去
1.3.6 酸素に対する特性
1.3.7 水分ゲッターの供給形態
1.4 今後の動向

2. 有機EL用透明薄膜捕水剤“OleDry(R)”の開発
2.1 概要
2.2 まえがき
2.3 OleDry(R)とは?
2.4 OleDry(R)を使用することによる薄型パッケージの実現
2.5 OleDry(R)の特性
2.5.1 OleDry(R)の水分吸着能力
2.5.2 OleDry(R)によるダークスポット抑制効果
2.5.3 OleDry(R)塗布量と保存寿命の改善効果
2.5.4 OleDry(R)の電気的、光学的特性に及ぼす影響
2.6 OleDry(R)の応用
2.7 まとめ

3. 封止材料
3.1 はじめに
3.2 シール材に求められる特性
3.3 紫外線硬化性樹脂とは
3.4 有機EL用シール剤
3.5 有機EL用シール剤の今後の課題
3.6 固体封止について
3.7 おわりに

4. アルカリメタルディスペンサー~陰極材料としてのアルカリ金属蒸発源
4.1 はじめに
4.2 陰極材料としてのアルカリ金属
4.3 バッファー層としてのアルカリ金属ドープ層とその効果
4.4 アルカリメタルディスペンサー(AMD)の特長
4.5 おわりに

第9章 各社ディスプレイ技術
1. 東芝モバイルディスプレイ(株)(旧東芝松下ディスプレイテクノロジー(株))における有機ELディスプレイ技術
1.1 はじめに
1.2 低温ポリシリコン技術の活用
1.3 低分子有機ELディスプレイの開発
1.4 高分子有機ELディスプレイの開発
1.5 有機ELディスプレイの駆動技術
1.6 有機ELディスプレイの開発例
1.7 おわりに

2. 日立における有機ELディスプレイ技術
2.1 はじめに
2.2 有機ELディスプレイの駆動方式
2.3 発光期間変調を実現する画素回路
2.4 ピーク輝度
2.5 おわりに

3. ロームにおける有機ELディスプレイ技術
3.1 はじめに
3.2 ロームの有機ELディスプレイ
3.2.1 CEATECジャパン2001、2002出展品
3.2.2 CEATECジャパンン2003出展品
3.3 有機ELディスプレイの技術課題
3.3.1 素子寿命
3.3.2 絶縁破壊(輝線)およびダークスポット(暗点)
3.3.3 技術的なコスト
3.4 まとめ
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