CEATEC 2021 （2021年10月）

フレキシブル有機エレクトロニクスデバイス（有機EL, 有機薄膜太陽電池）
当研究グループでは、フレキシブル有機エレクトロニクスデバイス（有機EL、有機太陽電池）を作製・評価するためのさまざま技術及び装置を保有しています。
各企業で保有する技術をフレキシブル有機エレクトロニクスデバイスに適用し、適確に評価することにより、各企業における技術開発にフィードバックします。
さらなる開発に必要な技術指導なども行います。

山形大学
有機エレクトロニクスイノベーションセンター（INOEL）
フレキシブル基盤技術研究グループ（仲田/古川/結城/向殿研究グループ）
http://inoel.yz.yamagata-u.ac.jp/F-consortium/home.html（連絡先）

仲田 仁（産学連携教授）nakada@yz.yamagata-u.ac.jp
向殿 充浩（産学連携教授） koden@yz.yamagata-u.ac.jp
1

保有技術・装置
当研究グループが保有するフレキシブル有機エレクトロニクスデバイス技術及び装置について紹介します。

2

有機EL（OLED）作製技術
材料系
さまざまなタイプの有機EL材料を用いることができます。
・低分子系有機EL材料
・高分子系有機EL材料
・蛍光材料、燐光材料、TADF材料
・量子ドット（QD）材料
デバイス構成さまざまなタイプの有機ELデバイス構成が可能です。
・ボトムエミッション型
・トップエミッション型
・透過型（両面発光型）
・マルチフォトン構造（タンデム構造）・白色発光

有機薄膜形成プロセス
蒸着型と塗布型に対応したプロセスが可能です。

有機材料蒸着スプレー

インクジェット

スピンコート

洗浄（ブラシ&二流体）

ﾌﾟﾗｽﾞ
ﾏｸﾘｰﾅｰ3

有機薄膜太陽電池（OPV）作製技術
材料系さまざまなタイプの材料を用いることができます。
・蒸着型材料・塗布型材料・量子ドット（QD）材料

デバイス構成有機薄膜形成プロセス
蒸着型と塗布型に対応したプロセスが可能です。

有機材料蒸着インクジェット

スピンコート

洗浄（ブラシ&二流体）

ﾌﾟﾗｽﾞ
ﾏｸﾘｰﾅｰ

２つのタイプの有機薄膜太陽電池デバイス構成が可能です。
・順構造
・逆構造

スプレー

4

バリア層形成, 封止/ラミネート
バリア層形成デシカントを用いた従来型封止技術に加え、フレキシブル有機ELデバイス用の薄型全固体封止が可能です。

DesiccantN2
CathodeOrganic layers
Anode

Sealant

Counter Glass substrate

Sealant

さまざまなバリア膜形成技術が適用可能です。
・無機バリア膜（CVD, スパッタ, ALD）
・無機/有機交互積層バリア膜（無機バリア膜＋インクジェット装置）

封止/ラミネート

真空貼り合せ装置

Substrate

ロールtoロール型
ALD装置
スパッタ&CVD装置 （Atomic Layer Deposition）

Flexible substrate

Resin
CathodeOrganic layers

Anode
Flexible substrate

スパッタ装置

インクジェット装置

ロール式貼り合せ装置
5有機EL（OLED）, 有機薄膜太陽電池（OPV）試作
大面積有機EL30cm角基板を用いた有機ELデバイスの試作が可能です。

フレキシブル有機EL
フレキシブル有機ELデバイスの試作が可能です。

30cm角基板対応有機EL蒸着装置（トッキ製ELVESS）

有機膜膜太陽電池
有機薄膜太陽電池デバイスの試作が可能です。
30cm角ガラス基板を用いた有機EL
6有機EL（OLED）デバイス評価（発光状態/デバイス特性）
発光状態

デバイス特性

1.0E+04

1.0E+02
1.0E+01

Luminance (cd/m2)

均一発光の例

Current density (mA/cm2)

有機ELデバイスの発光状態を観察し、発 有機ELデバイスの電圧-電流-輝度（V-I光均一性、欠陥などについて評価します。 L）特性、発光スペクトルなどを評価します。
この評価により、有機ELに用いる材料、デ
この評価により、有機ELに用いる材料、バイス構成などの技術ポテンシャル、課題デバイス構成などの実証、課題確認などなどを確認します。
を行います。
1.0E+00
1.0E-01
1.0E-02
1.0E-03

1.0E-04
1.0E-05
1.0E-06

1.0E+03
1.0E+02
1.0E+01
1.0E+00

I-V特性
1.0E-01024

1.0E-03 1.0E-02 1.0E-016

発光に課題のある例

Intensity (A.U.)

Voltage (V)Current densi

10.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.30.20.10

発光スペクトル
300400500

600700800

Wavelength (nm)7有機EL（OLED）デバイス評価（寿命評価）
駆動寿命

保存寿命

有機ELデバイスに一定電流を流し続けたときの輝度劣化を測定します。

Luminance (normalized)

この評価によって有機ELに用いる材料、デバイス構成などの技術ポテンシャル、課題などを確認します。
100%

有機ELデバイスは水分に弱いため、高温高湿条件で保存した後に発光状態を観察することで、保存寿命を評価します。
この評価によって有機ELに用いる材料、部材などの技術ポテンシャル、課題などを確認します。

80%
60%

40%
20%
0%

0500

1000 1500 2000
Time (hour)

2500

3000

初期の発光状態（欠陥なし）

高温高湿保存後の発光状態（ダークスポット発生）

輝度寿命評価8有機薄膜太陽電池（OPV）デバイス評価
測定計/光源

有機膜膜太陽電池

ソーラーシミュレーター
Newport MODEL 66902

OPV特性評価
OPV出力特性を評価します。

１SUN(1000W/m2)
AM1.5 室温
約１０万 LUX
9その他の評価
屈曲試験

物性評価/解析

フレキシブルデバイスに、屈曲試験によるメカニカルストレスを与えて、その影響を評価します。
この評価によって、フレキシブルデバイ
スとしての実用的ポテンシャル、課題などを確認します。

U字折り返し

V字折曲げ

両方向
屈曲

各企業からの要望に応じて、さまざまな評価が可能です。
（例）・イオン化ポテンシャル測定
・欠陥解析
・SEM, AFM
・3次元形状測定

ｲｵﾝ化ﾎﾟﾃﾝ
ｼｬﾙ測定

AFM

ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞｺﾝ
ﾌｫｰｶﾙ顕微鏡

10フレキシブル有機エレクトロニクスデバイス（有機EL, 有機薄膜太陽電池）作製例
産学連携により作製したフレキシブル有機エレクトロニクスデバイス（有機EL, 有機薄膜太陽電池）のいくつかを紹介します。

11

超薄板ガラスを用いたフレキシブル有機EL

下部電極（陽極）形成済み超薄板ガラス

Counter substrate
Protecting layer
Al (100nm)

共同研究

日本電気硝子株式会社、他

DPB:Liq (25wt%) 43.5nm
Alq:G-dopant (1.5wt%) 30nm
HTL (40nm)

MoO3 (10nm)
ITO
Ultra thin glass (50mm)
デバイス構造例

主な研究発表⚫ T. Furukawa, M. Koden, IEICE Trans. Electron, E100-C,
949 (2017).
⚫ T. Nakagaki, T. Kawabata, H. Takimoto, T. Furukawa,
IDW’19, FLXp1-9L (2019).
⚫ T. Furukawa, N. Kawamura, T. Noda, Y. Hasegawa, D.
Kobayashi, M. Koden, IDW’17,FLX6-2 (2017).
12高機能ステンレス箔を用いたフレキシブル有機ELパネル
Flexible substrateBarrier resin
Semi-transparent cathodeOrganic layers(plural layers)
ITO
Ag alloy
Planarization layer (3mm)
Stainless steel foil (50mm)

共同研究
主な研究発表日本製鉄グループ製
高機能ステンレス箔

日本製鉄株式会社、日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社⚫ Y. Hagiwara, T. Furukawa, T. Yuki, S. Yamaguchi, N. Yamada, J. Nakatsuka, M. Koden,
H. Nakada, IDW’17, FLXp1-9L (2017).
⚫ M. Koden, T. Furukawa, T. Yuki, H. Kobayashi, H. Nakada, IDW/AD’16, FLX3-1 (2016).
13

バリアフィルムを用いたフレキシブル有機EL
Insulator(with particles)
Flexible film
Barrier layer
AEF barrier resin
CathodeOrganic layers

AgFlexible film
Barrier layer
AEF barrier resin
CathodeOrganic layers(plural layers)(plural layers)

IZO
Barrier layer
PEN film (50mm)
共同研究
主な研究発表IZO
Barrier layer
PEN film

帝人株式会社、他⚫ K. Taira, Taiga Suzuki, W. Konno, H Chiba, H. Itoh, M. Koden, T. Takahashi, T.
Furukawa, IDW’18, FLX2-4L (2018).
14

フレキシブル有機ELデバイスによる製品コンセプトサンプル

Flexible substrate
Adhesive resin

CathodeOrganic layers(plural layers)
TCO (Transparent Conducting Oxide)
Barrier layer
Flexible substrate共同研究

主な研究発表株式会社 小森コーポレーション、竹田印刷株式会社⚫ 山形大学：「JFlex2020展」（2020.1 / 東京ビッグサイト）.

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EXPEEK®バリアフィルムを用いたフレキシブル有機EL

Device size: 50 × 50mm
Emission area: 32 × 32mm
共同研究

倉敷紡績株式会社

主な研究発表⚫ T. Yuki, T. Nishikawa, M. Sugimoto, H. Nakada, M. Koden, IDW’20, FLX2-3 (2020).
⚫ 山形大学； 「JFlex2020展」（2020.1 / 東京ビッグサイト）; 「JFlex2019展」（2019.1 / 東京ビッグサイト）.
⚫ 倉敷紡績； 「第7回高機能プラスチック展」（2018.12 / 幕張メッセ）;「SEMICON Japan 2018」（2018.12 / 東京ビッグサイト）.
16

TFE用いたフレキシブル有機EL

共同研究

東洋インキSCホールディングス株式会社

主な研究発表⚫ 山形大学； 「JFlex2020展」（2020.1 / 東京ビッグサイト）; 「JFlex2019展」（2019.1 / 東京ビッグサイト）.
17

ラミネート封止を用いたフレキシブル有機EL
Flexible substrate
AEF barrier resin

CathodeOrganic layers(plural layers)
Transparent electrodeFlexible substrate
共同研究
味の素株式会社/味の素ファインテクノ株式会社
主な研究発表⚫ 山形大学：「JFlex2019展」（2019.1 / 東京ビッグサイト）.

Exhibited in “Printable Electronics
2018” exhibition (Feb. 2018, Tokyo)
18

銀ナノワイヤーと透明導電ポリマーを用いたフレキシブル有機EL

Flexible OLED without ITO was successfully fabricated.
Metal foil [*1]Encapsulating layer [*1]
CathodeOrganic layers
Conducting polymer
AgNW
Ultra-thin glass (50mm) [*2]Protecting film [*3][*1] Supplied from Ajinomoto Fine-Techno[*2] developed by Nippon Electric Glass[*3] developed by Mitsubishi Plastics
主な研究発表

Panel size: 50mm x 50mm
Emission area: 32mm x 32mm

⚫ M. Koden, T. Furukawa, T. Yuki, H. Kobayashi, H. Nakada, IDW/AD’16, FLX3-1 (2016).
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印刷型ITO代替電極を用いた有機EL
Flexible OLED without ITO was successfully fabricated.
✓Substrate size : 50mm X 50mm
Collaboration by:✓Emission aria : 32mm X 32mm
✓Yamagata University✓Dai Nippon Printing✓DIC✓Komori Machinery✓SERIA✓Taiyo Kikai

Metal foil [*]Encapsulating layer [*]CathodeOrganic layers[*] supplied from Ajinomoto
Fine-Techno

Ultra-thin glass (50mm)
Transparent
conducting polymer
Gravure off-set
Flexography
printing
printing
Ag

Insulator
Screenprinting

T. Furukawa, N. Kawamura, M. Sakakibara, M. Koden, International Display
Manufacturing Conference (IDMC’15), S4-4 (2015). [招待講演]（台湾）20メタルメッシュ埋め込み型ITO代替透明電極を用いた有機EL

基板サイズ：60mm×100mm
Substrate: Glass

Substrate: PEN

Al (Cathode)Organic layers(plural layers)
PEDOT:PSS

Cu meshResin
Substrate (Glass or film)
共同研究
主な研究発表東洋アルミニウム株式会社、佐野健志教授（山形大学INOEL）⚫ 向殿充浩, 川村憲史, 結城敏尚, 仲田仁, 和栗一, 田健吾, 中尾凌, 南山偉明, 有機EL討論会第31回例会, S7-2 (2020).
⚫ 和栗一，田健吾，中尾凌，南山偉明, 第30回マイクロエレクトロニクスシンポジウム(MES2020)
秋季大会, 1B1-2 (2020).
⚫ 山形大学； 「JFlex2020展」「TCTJAPAN」展（2020.1 / 東京ビッグサイト）
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オンデマンド有機ELパターンニング

共同研究
主な研究発表東洋インキSCホールディングス株式会社⚫ M. Sugimoto, Y. Fukuchi, H. Tsuruta, M.Koden, H. Nakada, T. Yuki, A-COE 2021, PA-17 (2021).
⚫ 杉本 美穂, 福地 良寿, 鶴田 洋明, 向殿 充浩, 仲田 仁, 結城 敏尚, 有機EL討論会第32回例会（オンライン）, S5-1 (2021).
⚫ 杉本 美穂, 福地 良寿, 鶴田 洋明, 向殿 充浩, 仲田 仁, 結城 敏尚, 有機EL討論会第31回例会（オンライン）, S7-3 (2020).
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ロールtoロール（R2R）法によるフレキシブル有機太陽電池（OPV）
フレキシブル有機薄膜太陽電池（OPV）の特長◼半透明であるため窓に設置しても太陽光を遮ることがない。
◼フィルムを用いているためフレキシブルで、薄く、軽く、割れない。
◼設置場所を選ばず、窓や壁などにも両面テープなどで簡単に設置。
主な技術成果◼ロールtoロール（R2R）印刷方式で作製◼幅30cm、長さ1m以上の大面積◼作製プロセス１）透明電極(TCO)成膜
２）パターニング
３）基板洗浄４）電子輸送層（ETL）印刷
５）発電層（Active layer)印刷
６）正孔輸送層（HTL）印刷
７）電極印刷８）集電電極取付
９）封止
共同研究
関連プログラム
主な研究発表INOELでの設置例

R2R
印刷

フレキシブルOPV断面図

株式会社MORESCO, 株式会社イデアルスター⚫JST: 産学共創プラットフォーム共同研究推進プログラム（OPERA）～「山形大学・有機材料の極限機能創出と社会システム化をする基盤技術の構築及びソフトマターロボティクスへの展開」 （JPMOP1614） [2016年度～2020年度]⚫文部科学省：オープンイノベーション機構の整備事業「山形大学/オープンイノベーション機構」[2018年度～2022年度]⚫山形大学； 「JFlex2020展」（2020.1 / 東京ビッグサイト）⚫山形大学：「国際太陽光発電展（PVEXPO）2021」（2021.3 / 東京ビッグサイト&オンライン）⚫山形大学； プレスリリース「印刷方式によるフレキシブル有機薄膜太陽電池の実証試験を開始」（2019.11.6）.
⚫株式会社MORESCO；プレスリリース「フレキシブル有機薄膜太陽電池の実証試験を開始」（2019.11.6）.

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おわりに
当研究グループでは、フレキシブル有機エレクトロニクスデバイ
ス（OLED, OPV）技術を保有しており、これらの技術及び教員の豊富なスキルと経験を活かして、企業での実用開発に役立つ産学連携研究を推進します。
お気軽にお問い合わせください。
（連絡先）
仲田 仁（産学連携教授）nakada@yz.yamagata-u.ac.jp
向殿 充浩（産学連携教授） koden@yz.yamagata-u.ac.jp

山形大学
有機エレクトロニクスイノベーションセンター（INOEL）
フレキシブル基盤技術研究グループ（仲田/古川/結城/向殿研究グループ）
http://inoel.yz.yamagata-u.ac.jp/F-consortium/home.html
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