SID Japan Chapter Newsletter No. 17 (2001.5.25)

日本支部

第17号

無機 EL と有機 EL

(1)

発
行
元：SID日本支部
発 行 責 任 者：苗村 省平
発行
日：2001年5月25日

田中省作 (鳥取大学(鳥取大学)鳥取大学)

液晶ディスプレイにつぐディスプレイに成長するとの期待を集めラスのディスプレイを目指すのであろうか？しかし、このサイズにはている「有機 EL ディスプレイ」は、サンヨー／コダックの５インチクLCD 始め、競合デバイスがひしめいており、無機 EL ディスプレラスのフルカラーディスプレイ（Photo.１）が注目をあつめ、今春にイが優位に立てる市場があるのだろうか？車載用ディスプレイ（米はソニーから１３インチ・フルカラーディスプレイが発表され話題の国ではモノクロ無機薄膜 EL が軍用機器やトラックに多数採用さ枚挙にいとまがない。SID’01 でも多くのセッションが設けられ、多れており、その信頼性は実証ずみ）としての地位を築き、TV 用デ数の研究者、技術者の参加が見込まれる。一方、無機 EL ディスィスプレイへの挑戦が可能になるのか、あるいは、またまた、期待プレイは、１９８０年代に盛んに研究されたが「カラー化が困難」とだけで終わるのだろうか。カラー有機 EL ディスプレイ、カラー無いうことで、研究活動が終焉したかに見える。SID’01 では、とうとう

機 EL ディスプレイの両技術とも、この数年の動きで将来を占える

無機 EL のセッションはなくなり、わずかに１、２件の発表があるのといえ、注目していきたいと思っている。

みで寂しい限りである。このような無機 EL の状況ではあるが、iFier 社から発表されたフルカラーディスプレイ（Photo.２）に、復活の最後の可能性を探っている。ここでは、カラーディスプレイに限り、その特性を比較し、今後の動向を推測してみよう。
これまでに試作された
サイズ
駆動方法
中間調表示

駆動電圧
寿命
動作温度範囲発光色（材料）の課題
用途（有機 EL）
１３インチ

(無機 EL)
１７インチ

p-Si TFT による AM
駆動
電流変調、またはアドレ ス ／表 示 (サ ブフ ィールド)法
１０〜２０V
数１０００時間（輝度半減）
高温での寿命低下？

単純マトリックス駆動

赤色材料の改善ま ず は 携 帯端 末 と 車載、そして PC、TV へ

電圧振幅変調２００V 程度
数万時間（MTBF）

Photo.1 AM Color Organic EL Display (Sanyo/Kodak)

周辺電子回路で規定
される
青色材料の改善
まずは車載、iFier はTV を狙うというが？

このように、有機 EL ディスプレイと無機 EL ディスプレイを比較してみると、その課題も、当面狙うべき市場も異なるように思える。有機 EL ディスプレイについては、有機 EL 材料の特性改善（発光色、寿命）はもちろんであるが、p-Si 駆動回路を如何にうまく設計製造できるかがカギのように思える。最低でも２トランジスタ、Vthの補償回路を入れると４〜６トランジスタ／画素（LCD は１トランジスタ／画素）が必要な現状では、ただちに、大形ディスプレイでLCD に立ち向かうのは困難で、やはり、携帯端末や車載用途から市場の開拓が進むのであろうか？一方、無機 EL ディスプレイは小型（とくに電池駆動）ディスプレイを狙うには消費電力が大きすぎる。単純マトリックス駆動の利点を活かして、１０〜２０インチクPhoto.2 Color Inorganic EL Display (iFier)

SID Japan Chapter Newsletter No. 17 (2001.5.25)
Heeger 教授と有機 EL 研究(2)

時任静士（時任静士（NHK 放送技術研究所）

私が Heeger 教授のポスドクとして University of California,

ト法でのディスプレイ開発の検討が進められている。図２にSanta Barbara（UCSB）に滞在したのは 1987 年頃のこと

高分子 EL の基本構造を示す。外見は無機薄膜 EL と類似しで、機械的強度と電気伝導性に優れた高配向の導電性高分子ているが、発光層に有機化合物、ここでは高分子を用いていファイバーを実現するためであった。当時、Heeger 教授はる点が大きく異なる。ITO と金属電極からホールと電子を発UCSB の Institute for Polymers and Organic Solids の光性高分子層へ注入し、両キャリアが分子上で再結合するこ

Director として Wudl 教授とともに共役型高分子の電子物性とで分子の励起状態が生成されそれが基底状態へ戻る時にそや光物性の研究を手がけ、導電性高分子研究の第１人者としの分子の蛍光と同じ色の発光を示す。デバイスの発光特性はての地位をゆるぎないものにしていた。その代表的な研究が高分子自身の性質で支配される。発光性高分子として代表的今回のノーベル賞受賞理由の一つとなった白川先生ならびにものは導電性高分子の研究で話題となったポリパラフェニレ

MacDiarmid 教授とのポリアセチレンの研究で、10 年さかンビニレンがある。最近ではポリフルオレン系が青色発光がのぼる 1977 年頃のことである。

可能でかつ化学的にも安定である理由から注目されている。

白川先生の研究によって半導体的性質が見えていたポリ

多くのノーベル賞受賞者の中で、研究者としての名誉とアセチレンにハロゲン分子やアルカリ金属などをドーピング起業家としての成功の両方を手に入れた人物が他にいるだろすることで金属レベルの電気伝導性を示す（図１）ことを見うか。現実的な目を持ちながらも研究者としての探究心を絶出し、その物理的メカニズムを多方面から研究、解析し体系やさなかった Heeger 教授には頭が下がる思いである。今年化した。ドーピングによってポリアセチレン分子内に荷電ソ

1 ０ 月 に 名 古 屋 で 開 催 さ れ る AD/IDW’01 で は Keynote

リトンが生成され、それに基づく新しい準位がバンドギャッ

Address の講演者として来日予定である。

プ内に形成される。電気伝導度以外にもパウリ磁化率や反射スペクトルが金属的な挙動を示す。この革命的な研究は瞬く

H

H

H+間に全世界に広がり、導電性高分子という新しい研究分野が生まれ、多くの化学者や物理学者がこの分野に携わることにH

HHHA-なった。ポリアセチレンの他、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェンなど多数の共役系高分子が研究対象となった。
十数年ほど続く導電性高分子の研究分野は多くの研究者の努Conduction Band力にもかかわらず予想されたほどの実用化展開を実現できず
Charged Soliton

1990 年頃には収束していった。しかし、ここで得られた基礎研究の成果はこの後に生まれる有機 EL の分野へ受け継がれることとなる。

Valence Band
Fig.1 Polyacetylene doped with acceptor molecules

1987 年の Eastman Kodak 社から真空蒸着法で発光層を形成する低分子系 EL、1990 年の Cambridge 大学からのス

Metal Cathode

ピンコート法で形成する高分子系 EL が現在の有機ＥＬ研究の発端である。Heeger 教授も Cambridge 大学の報告以後、研究分野を導電性研究から EL 研究へとシフトさせ、1990年に設立したベンチャー会社 UNIAX で共役系高分子を基本

Polymer EmittingMaterialとした EL の基礎、応用研究を勢力的に開始されている。特Glass substrateに、有機溶剤に溶ける可溶性共役系高分子を発光材料とした点で独自性がある。この高分子系は湿式法での大面積化が容易である点が大きなメリットとされ、印刷法やインクジェッ

ITO anodeFig.2 Basic structure of Polymer EL device

SID Japan Chapter Newsletter No. 17 (2001.5.25)
有機 EL ディスプレイと LCD –その比較–その比較–
その比較–「有機 EL ディスプレイと LCD」の比較の原稿を依頼さ(3)
下田達也(下田達也(セイコーエプソン)
セイコーエプソン)(5) 色が良く、応答時間が短い。

れ、安易に引き受けはしたものの難題でありいささか後悔し(6) インクジェットのような簡便な製造方法が適用できる。ている。液晶ディスプレイ(LCD)と有機 EL ディスプレイ

これらの LCD にない特徴は、OELD が LCD と異なる発(OELD)、どちらもフラットパネルディスプレイ(FPD)の範展をすることを容易に想像させる。(1)の特徴は、長所でも疇で、前者は数１０年の歴史を有する FPD の代表格、後者あるし短所でもある。LED の輝度制御は LCD に較べて難は最近頭角をあらわして来た期待の新人ある。一方は非の打しい。とくにそれをポリシリコン TFT で行なう場合、特性ち所のないきれいなカラー画像をリーズナブルな価格で提供ばらつきのためさらに困難になる。したがって、2 トランジできる完成された技術なのに対して、他方はカラー画像が出スタの基本回路では中間調の制御はままならない。そこでたというだけでもニュースになる段階である。

いろいろな工夫が凝らされ、一画素に４つのトランジスタこのように異なるフェーズにある二つの技術を同じテーブを置く方法等が開発されている。画素内に 4 つもトランジ

ル上で較べるのは無理があり難題のゆえんである。というの

スタを用いると、トランジスタをたくさん使う心理的・技も、ディスプレイ分野で OELD が今後どのように発展する術的な敷居が取り外され、メモリやセンサを置いたり、ロかは、現状では予測困難と筆者は思っているからである。大ジックまでも置くような方向の発展を誘う。そうなると画雑把にいうと OELD 技術は 3 割ぐらいがそのベールを脱い素はスマートピクセルへと進化する。その際に特徴(3)はこだにすぎず、未知の領域が７割がた残っていると感じている。の発展を促す。

LCD が今のようなレベルにまで発展することが初期には予また、特徴(2)は、超薄型でフレキシブルで軽量なディス測できなかったように、OELD の先も見越せない。それがプレイに直結する。いくら薄くてもリジッドでは破壊の心100%明らかになったときに両者の公平な比較ができよう。

配から逃れられない。保護機構が必要となりこれが意外にしかしながら、かく述べてしまうと身も蓋もない結論になっ厄介になる。その点、フレキシブルであると破壊の制約がてしまいこの小文の課題に応えられない。そこでここでは、なく、軽く薄く持ち運びも簡単になる。テーブルクロスが原理的な違いにより OELD が LCD とは異なる発展をいかにディスプレイになる日も夢ではない。

するかの筆者の予感を述べさせていただくことにする。

効率が良いことは、照明との融合が考えられる。OELD両者の原理はかなり異なる。発光型カラーディスプレイを

は電流を流せば、10 万カンデラ/m2 以上にも輝くので、贅例にとると、LCD は良く知られているように、白色均一面沢だがカラーディスプレイは照明にもなる。七色の色が任光源からの光を偏光版にはさまれた液晶ライトバルブでピク意に出せる豪華な面照明である。

セルごとに強度変調する。色づけはカラーフィルターで行な

高精細で大型のディスプレイはある意味では究極である。

う。一方、OELD は微小の三色 LED アレーが全てで、それOELD では(7)のような技術が開発されているので、画素を変調してカラー画像を得る。この原理から次の特徴が浮か

LED の形成に対しては大きさの制限はない。大面積のトラび上がってくる。

ンジスタ基板が手に入ればそのようなディスプレイも可能(1) OELD は部品点数が少ない。これは有利な反面、制御がになる。

難しくなる不利もある。全ての責任は微小 LED にかかってくる。

紙面の都合から少数例しか述べられなかったが、(1)から(7)の特徴は OELD を LCD とは異なる方向に発展させるの(2) セル構造がない。初めての全固体のディスプレイである。に十分な素材であることがお分かりいただけたことと思う。

(3) 一方向から光が抜けるので裏面が自由に使える。これはOELD は LCD の対抗馬というばかりでなく、ディスプレ透過型 LCD にはない発展性のある特徴である。

イ技術の未来を拓いてくれる方向でも期待が大きい。このまた、OELD は次の特徴も併せ持つ。

小文が、読者のそういった方向を少しでも刺激することに(4) 原理的に 3 ボルト前後の低電圧駆動。しかも高効率、透なれば幸甚である。

過型 LCD に較べて桁違いに良い。

SID Japan Chapter Newsletter No. 17 (2001.5.25)(4)
工藤一浩(工藤一浩(千葉大学)千葉大学)

有機薄膜トランジスタの開発動向
有機半導体材料は軽量、柔軟性、低コスト化といった特長を有し、Si、化合物半導体に続く、第三の半導体材料として注目されてきた。その中で有機薄膜トランジスタの研究は1980 年代初頭から盛んに行われ、低分子、高分子系有機半導体素子の基礎的特性が数多く報告されている。また、欧米の論文でも日本の研究報告が多く引用されるように、日本におけるこの分野の研究は先駆的なものとして認識されている。
しかしながら、有機半導体材料は無機半導体材料に比べ、低移動度、高抵抗の特性が反映され、従来の Si 系薄膜トラン

Figure：Schematic diagram of the hybrid type

ジスタ（TFT）部分を有機系 TFT に置き換えただけでは動作

light-emitting transistor

速度、電力面で十分な特性を得ることが難しく、実用的な観点からはあまり注目されなかった。
最近になって、アモルファス Si に匹敵する移動度を持つ有機半導体材料、および全有機系集積回路や有機系トランジスタと組み合わせた有機ディスプレイパネルの試作例が発表され、有機材料の軽量、柔軟性の特長を活かした情報タグ、スマートカード、ディスプレイパネルといった携帯用電子機器応用として期待されるようになった。さらに、2000 年になって米国のベル研究所による有機単結晶を用いた FET 構造
における電流注入型有機レーザと超伝導現象の報告は有機系
電子デバイスの見通しを大きく変革する可能性を秘めている。
この部分は有機系の特性を活かした構造や動作メカニズムに改良を加えることが、実用的な有機デバイスを実現するため課題をブレークスルーしうる技術として、「有機材料物性の高性能化と新材料の探索」「新型 FET 構造素子の開発」が挙げられる。一例として、我々が進めている複合型有機発光トランジスタ構造を図に示す。この有機発光素子は駆動部分として縦型 FET(静電誘導トランジスタ：SIT)を有しており、従来の横型 FET 構造に比べ、低電圧制御、大電流制御、高速動作が可能であり、有機デバイスの特長である軽量、大面積ディスプレイ用素子として有望である。このような国内外の有機電子デバイスに関する研究背景を踏まえ、有機材料の特性を活かした新しいデバイス構造、新しい動作メカニズムに基づく研究を広い分野の研究者により進めることが今後の進展に重要であると考えている。に最重要課題であることを示唆している。特に、これまでの個人データ確認と修正のお願い

2000 年度版会員名簿：受賞者リストの訂正

今後、電子メールを使って情報を伝達する機会が増えます。2000

3 月に送付いたしました 2000 年度版 SID 日本支部会員名簿

年 度 版 の 会 員 名 簿 、 あ る い は SID の ホ ー ム ペ ー ジ

中、SID President citation award 受賞者のリストから、1993（www.sid.org） から個人データを確認し、電子メールのアドレス

年：内田 龍男先生、1998 年：内池 平樹先生、御子柴茂生などに間違いがないように修正をお願いいたします。SID のホー先生、岩本 明人様、内田 龍男先生、2000 年：村上

ムページから Login すると、個人のデータが修正できます。各会

田中 省作先生のお名前が抜けておりました。また、1999 年

員の ID とパスワードは、SID 本部から電子メールで送られていまの Best Poster Paper Award は、すので、メールを確認し、Login してください。また、Login できず、先生、内田龍男先生の連名でした。謹んでお詫びし、訂正い個人で修正できない方は、日本支部会計幹事 土屋

たします。

（tsuchiya@strl.nhk.or.jp）まで修正内容をご連絡ください。

宏様、石鍋隆宏様、宮下哲哉

編集後記
本号は機能性有機材料の特集としました。ご多忙中にもかかわらず、執筆を快く引き受けてくださった皆様にお礼を申し上げます。
編集：長谷川雅樹（日本アイビーエム）
電話：０４６－２１５－４９４７、FAX：０４６－２７３－７４１３
e-mail hasegawa@trl.ibm.co.jp