有機エレクトロルミネッセンス 有機エレクトロルミネッセンスの概要

有機エレクトロルミネッセンス

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2022/09/28 00:12 UTC 版)

これらの発光素子は発光層が有機化合物から成る発光ダイオード (LED) を構成しており、有機化合物中に注入された電子正孔の再結合によって生じた励起子(エキシトン)によって発光する。日本では慣習的に「有機EL」と呼ばれることが多い。次世代ディスプレイのほか、LED照明と同様に次世代照明技術としても期待されている。

歴史

発明

1950年代初頭、フランスのナンシー大学アンドレ・ベルナノーゼ英語版らが有機ELを発見した。塩素酸マグネシウムまたはセロファンに有機染料を吸着させた素子交流電場をかけて発光させた[2]

1960年にニューヨーク大学マーティン・ポープ英語版らが、有機結晶へのオーミック暗電流注入電極接触を開発した[3][4][5]。さらに、正孔および電子注入電極接触に必要なエネルギー要件(仕事関数)を示した。これらの接触は、現代のすべての有機ELデバイスにおける電荷注入の基礎となっている。また、63年には薄いアントラセン結晶(10~20 m)に電極を付け 400Vもの大電圧をかけ初めて直流電流で発光させた。

1965年、ウルフギャング・ヘルフリック英語版らはキャリア注入電極を工夫することで低仕事関数の液体電極を用いてホールと電子の注入効率を向上させ、アントラセン単結晶で初めて二重注入型結合電界ELを発光させた[6]。これは現代の二重注入デバイスの先駆けである。また現在の重要な技術の一つである発光性不純物をドープした研究が、H.P. Schwobらによって報告された。彼らはアントラセンに1 ppmのテトラセンをドープし、アントラセンとテトラセンの両発光量が電流密度によって変わることを示した。しかしこの時点では結晶の厚さが数十μ~数mmと厚いため、発光には高電圧が必要だった。

そのため薄層化の研究が盛んに行われた。その中でも、イギリス国立物理学研究所のRoger Partridgeが1983年に報告した、ポリマーフィルムのELの初観測は現在につながる研究となった[7]

実用化

現在もっともよく用いられている有機EL積層機能分離型デバイス発光素子[8]は1987年にイーストマン・コダック社鄧青雲スティーヴン・ヴァン・スライク英語版らによって発明された[9]。このSH構造の有機EL素子の特性は、10 VのDC電圧で1000 cd/m2、1.5 lm/Wを達成し、従来の報告を大きく上回った。

ポリマーELの研究は、1990年にケンブリッジ大学キャヴェンディッシュ研究所のJ. H. Burroughesらにより、ポリ(p-フェニレンビニレン)の厚さ100 nm のフィルムを使用した高効率な緑色発光ポリマーベースのデバイスが報告されて最高潮に達した[10]。分子材料から高分子材料への移行により、これまでの有機膜の長期安定性の問題が解決され、高品質な膜を容易に作ることが可能になった[11]。その後の研究では、多層ポリマーが開発され、プラスチックELや有機ELの研究・デバイス化という新しい分野が急速に発展していった[12]。1995年に山形大学城戸淳二らが開発した白色有機ELは[13]、有機ELバックライトディスプレイや照明の実用化を実現した[14]

商業化

折りたたみ式スマートフォン

コダックと三洋電機は1999年に有機ELディスプレイの共同研究・開発・生産で提携した。同年9月には、世界初の2.4インチのアクティブ・マトリクス型フルカラー有機ELディスプレイを発表した[15]。2002年9月には、CEATECでカラーフィルター付き白色有機ELをベースにした15インチHDTVフォーマットのディスプレイの試作機を発表した。

低分子有機ELの製造は、1997年にパイオニアが開始し、2001年にTDK、2002年には後に世界最大の有機ELディスプレイメーカーとして市場拡大に大きく貢献するサムスンディスプレイとなるSamsung-NEC Mobile Display(SNMD)も参入した[16][17]

2007年に発売されたソニーのXEL-1は、初の有機ELテレビとなった[18]

2017年12月5日には、ソニーとパナソニックの印刷可能な有機EL事業部門を継承するJOLEDが、世界で初めてインクジェット印刷された有機ELパネルの商業出荷を開始した[19]

有機EL材料会社の一つであるユニバーサル・ディスプレイ英語版は、工場こそ持っていないが、世界の大手有機ELメーカーが採用している有機ELの製品化に関する特許を多数保有していることで莫大な利益をあげている。

有機ELの発光原理

陰極および陽極に電圧をかけることにより各々から電子と正孔を注入する。注入された電子と正孔がそれぞれの電子輸送層・正孔輸送層を通過し、発光層で結合する。

結合によるエネルギーで発光層の発光材料が励起される。その励起状態から再び基底状態に戻る際に光を発生する。励起状態(一重項)からそのまま基底状態に戻る発光が蛍光であり、一重項状態からややエネルギー準位の低い三重項状態を経由し基底状態に戻る際の発光を利用すれば燐光である。励起しても光に上手く利用できないエネルギーは無放射失活(熱失活)する。

陰極にはアルミニウムマグネシウム合金、カルシウム等の金属薄膜を、陽極には酸化インジウムスズと呼ばれる透明な金属薄膜を使う。発生した光は反射面で反射され、透明電極と基板(ガラス板やプラスチック板など)を透過する。


注釈

  1. ^ 他に中間のオリゴマー(デンドリマー)を用いた種類もあるが、一般的な方法ではない。
  2. ^ 低分子材料を用いた有機EL素子では、ホール輸送層と電子輸送層に加えて、各々に”注入層”が1層ずつ付加されることがある。
  3. ^ スプレーで正確に文字を書く際に、スリットを用いて塗り分けるため。
  4. ^ 電子・正孔注入層や電子・正孔輸送層がない種類もある。
  5. ^ ただし有機EL素子はダイオードであるので、単純マトリクス駆動の液晶ディスプレイよりクロストーク等の面で画質的には優れる。
  6. ^ 液晶ディスプレイの画素回路は単なるスイッチの作用をすれば良いため各画素に1つのトランジスタと1つのコンデンサですむが有機ELディスプレイの画素回路は発光素子に通電する電流を厳密に制御する必要があり、各画素に2個以上のトランジスタによる電流制御回路が組み込まれる。また画素トランジスタの微妙な特性バラツキが画質に反映されるため、バラツキ補正回路を組み込む例が多い。なお、トランジスタのバラツキの影響を受けない駆動方式も開発されている。
  7. ^ 画面の色が変化するのにかかる時間。通常は「黒→白→黒」の変化に要する時間を言う。単位は「ms(ミリセカンド、1/1000秒)」。
  8. ^ 例えば、次のリンク先には色調がずれる現象とそれに対する解決方法が示されている[1]
  9. ^ 視野角の優れるIPS液晶との比較で色調が大きくずれる様子は、例えば次を参照[2]
  10. ^ 2008年9月にオランダのPhilips Lighting社がドイツで2009年には製品を発売すると明らかにし、米General Electric Co.(GE社)も日本のコニカミノルタと提携して2010年には有機ELによる照明製品を出すと発表した。

出典

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