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最先端の有機EL ―基礎物理・材料化学・デバイス応用と解析技術―    
State-of-the-Art Organic Light-Emitting Diodes: Fundamental Physics, Materials Chemistry, Device Applications, and Analysis Techniques
[コードNo.2017S816]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 安達千波矢、藤本弘
■体裁/ B5判 426ページ
■発行/ 2017年4月28日 (株)シーエムシー出版
■定価/ 97,200円(税・送料込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-1240-8

 
★ディスプレイや照明向けに、今後爆発的な市場拡大が予想される有機EL!
★最前線で活躍されている国内外の研究者・メーカーによる、圧倒的ボリュームの最新知見を取りまとめた一冊!
★有機EL科学技術の発展の方向性、新規事業・商品開発の道筋が見えてくる!

キーワード

有機EL(OLED) / ディスプレイ / スマートフォン / TV / フレキシブル / 照明 / 電荷注入 / 界面物性 / 電荷輸送 / 光物理 / 劣化機構 / 正孔輸送材料 / 電子輸送材料 / 蛍光材料 / りん光材料 / 熱活性化遅延蛍光材料(TADF) / TTA / T2-S1遷移 / エキサイプレックス / 高分子有機EL / ペロブスカイト / 電気化学発光 / 液体半導体 / 電気化学発光セル / 会合誘起発光 / 分子配向 / 塗布デバイス / 光硬化 / 逆構造デバイス / 電極材料 / 光取り出し / 量子計算 / デバイスシミュレーション / 封止材料 / バリアフィルム / 真空成膜装置 / 分析装置

刊行にあたって

1987年7月にE. Kodak社のC. W. TangとS. VanSlykeによる積層型OLEDがAppl. Phys. Lett.誌に発表された。それから、今、まさに30年が経過した。そのころ、日本においてOLEDの研究開発に取り組んでいたのは、九州大学の斎藤研究室と出光興産の楠本らのグループの二者のみであった。当時はベストな素子でも1、000 cd/m2の発光輝度で100時間持続するかどうかという極めて初歩的な素子であった。有機化合物に電流を流して発光させるOLEDは多くの研究者を魅了したものの、その解析手法や素子の高度化は手探りの状態が続き、当時はすぐに実用化を視野に入れたビジネス展開は困難であり、有機物を用いた電子デバイスに対する多面的な理解が必要とされた。しかし、いつかは実用化を遂げたいという企業研究者の熱い思いや、有機半導体の基礎的な動作メカニズムを解明したいという純粋な大学研究者の思いが、長期に渡り着実にOLEDを進歩させてきた。

これまで、OLEDの発展において、@革新的な材料の開発、Aデバイス物理の解明、B成膜プロセス技術の開発の3つの要素が有機的にリンクしながら進化を続けてきた。まさに物性物理・材料化学・プロセス工学の連携である。加えて実用化に向けて、パネル、材料、装置等の各メーカーがデバイス製作・評価環境を構築、もしくは連携することによってOLEDを理解し、各々の要素技術の開発を推進してきた。そして、1997年には世界で初めてパイオニアからOLEDのパッシブマトリックス型Displayが発売され、その後、三洋電機‐Kodakの連携によるAM-OLEDの商品化、そして、サムソンの携帯電話の実用化で爆発的な普及に至っている。現在では、さらに、iPhone 8でのOLEDの採用や、OLEDの特徴を生かした大面積・超薄型フィルム状TV等の画期的な商品化も進んでいる。OLEDの進化は、さらなる革新的な材料の開発、デバイス物理の解明、生産プロセス技術の開発を促進させ、未だ進化が留まることがないものの、一方で、照明分野では未だコストの問題等で実用化がなかなか進まない状況にもある。

2007年に『有機ELのデバイス物理・材料化学・デバイス応用』を出版してから10年が経過した。本書ではOLEDの過去10年間の進展を中心に取りまとめている。材料面では熱活性化遅延蛍光材料(TADF)という第三世代の革新的な発光材料が、デバイス物理では素子の劣化機構の解析が、プロセス関連ではフレキシブル化に関する研究開発が著しく進展してきた。出口に実用化というゴールがあると科学技術に誤魔化しが効かないことがOLEDの進化をさらに加速してきたように感じる。学問的にもいよいよSi半導体に匹敵するような有機半導体の学理が確立されようとしている。本書が次の10年間のOLEDの科学技術の発展の方向性を与えることができれば編集者としては大変嬉しく思う。

2017年3月
安達千波矢、藤本 弘

著者一覧

安達千波矢九州大学
藤本弘(公財)福岡県産業・科学技術振興財団
徳丸克己筑波大学
野口裕明治大学
高田誠大阪府立大学
内藤裕義大阪府立大学
中野谷一九州大学
村田英幸北陸先端科学技術大学院大学
松本直樹東ソー(株)
富樫和法保土谷化学工業(株)
中野裕基出光興産(株)
滝沢進也東京大学
志津功將京都大学
梶弘典京都大学
坪井泰住浙江大学
佐藤徹京都大学
夫勇進山形大学
瀬尾哲史(株)半導体エネルギー研究所
山田武住友化学(株)
松島敏則九州大学
石松亮一九州大学
Jean-Charles RibierreKyushu University
坂上知名古屋大学
土屋陽一九州大学
小簑剛九州大学
千葉貴之山形大学
城戸淳二山形大学
浜野克也ナガセケムテックス(株)
深川弘彦日本放送協会
中茂樹富山大学
岡田裕之富山大学
金正煥東京工業大学
細野秀雄東京工業大学
三上明義金沢工業大学
稲田工九州大学
服部励治九州大学
影山裕一味の素ファインテクノ(株)
松本栄一キヤノントッキ(株)
四家淳一北野精機(株)
青島正一(株)エイエルエステクノロジー
中村寿充(株)アルバック
安藤民世システム技研(株)
宮本隆志(株)東レリサーチセンター
末包高史(株)住化分析センター
今西克也(株)住化分析センター
巫軒偉(公財)福岡県産業・科学技術振興財団
吉田弘幸千葉大学
鈴木健吾浜松ホトニクス(株)
三並徹雄ソニー(株)
Yusin LinAU Optronics Corporation
Seongsoo JangLG Display
Tae-Min KimLG Display

目 次

【第T編 基礎物理】
第1章有機半導体への期待
1有機半導体の概念の誕生とその機能
2有機ELの発光過程:ホール(一電子酸化体)と電子(一電子還元体)の再結合による発光
3有機ELの展開:蛍光材料を発光材とする「第一世代」
4有機ELの展開:常温燐光性の遷移金属錯体を発光材とする「第二世代」とこの発光材の新しい展開
5有機ELの展開:熱活性化遅延蛍光材料を発光材とする「第三世代」
6三重項‐三重項消滅
7一重項励起子開裂
8ELにおけるExciplexの機能
第2章電荷注入と界面物性
1はじめに
2金属/有機膜界面のエネルギー準位接続
2.1真空準位シフト
2.2静電ポテンシャルモデル
3電荷注入
3.1Scott-Malliarasによる電荷注入モデル
3.2Basslerらによる電荷注入モデル
4まとめ
第3章電荷輸送機構
1はじめに
2有機アモルファス固体の電荷輸送
2.1電荷輸送の評価
2.1.1TOF法
2.1.2インピーダンス分光(IS)法
2.2有機アモルファス半導体の電荷輸送特性
2.3有機アモルファス半導体の電荷輸送モデル
2.3.1MTM
2.3.2Gaussian Disorder Model(GDM)
2.3.4GDMか、CDMなのか?
2.3.5ポーラロン効果
2.3.6輸送エネルギー
2.3.7解析手法による輸送特性の導出
2.3.8局在準位分布はガウス分布か、指数関数分布なのか
3まとめ
第4章有機発光材料の光物理
1有機分子からの発光
1.1光吸収過程
1.2蛍光過程
1.3項間交差過程
1.4一重項励起状態と三重項励起状態間のエネルギー差
1.5燐光過程
1.6量子収率と速度定数
第5章有機EL素子の劣化機構
1はじめに
2有機EL素子の動作機構にもとづいた劣化因子の分離
2.1電荷バランス因子(γ)
2.2非発光性再結合(ηex)
2.3発光層の発光量子収率(φPL)
3劣化した素子の解析技術
4有機EL素子の長寿命化に関する到達点と今後の課題
【第U編 材料化学・デバイス物性】
第1章正孔輸送材料
1はじめに
2正孔輸送材料とは
3正孔輸送材料の要求特性
3.1正孔輸送能力
3.2HOMO
3.3耐久性
4正孔輸送材料の開発例
4.1開発背景
4.2高移動度正孔輸送材料の開発
4.3高分子正孔輸送材料の開発
5おわりに
第2章電子輸送材料
1はじめに
2様々な電子輸送材料
3開発例:置換トリフェニレン誘導体(Bpy-TP2)
4電子輸送層の2層化による性能向上
5おわりに
第3章蛍光材料(ホスト・ドーパント)
1はじめに
2有機ELの歴史
3青色蛍光素子の高性能化
3.1青色蛍光素子の高効率化
3.1.1TTFの利用による高効率化
3.1.2ドーパントの配向性向上による高効率化
3.2青色蛍光素子の低電圧化
4おわりに
第4章りん光発光材料
1はじめに
2イリジウム錯体
2.1緑色発光材料
2.2赤色発光材料
2.3青色発光材料
3白金錯体
4ホスト材料
5おわりに
第5章熱活性遅延蛍光材料
1OLED発光材料の新展開
2遅延蛍光現象(TADF)
3TADF材料の分子設計
3.1TADF過程
3.2ポルフィリン誘導体
4高効率TADF材料の設計指針
5高効率TADF材料の精密分子設計:カルバゾリルジシアノベンゼン誘導体
6T→S遷移速度の向上を目指して
7新しいTADF分子構造の可能性
8青色TADF材料
9まとめ
第6章量子化学計算を用いたTADF材料の最適化
1電子遷移の密度形式に基づく分子設計:わかりやすい、視覚的理解を目指して
2輻射・無輻射遷移の起源を視覚化して理解する
3TADF材料開発への応用
4今後の展望
Chapter 7 Copper(I)-complexes :
Photo-physical characteristics and Thermally activated delayed fluorescence
1Introduction
2Characteristics of Cu+ ion in organic complexes
3Cationic copper(I)-complexes
4Neutral copper(I)-complexes
5TADF with non-exponential decay and charge transfer state phosphorescence
6TADF with mono-exponential decay profile
7Ultrafast intersystem-crossing and geometrical structure change
8Copper complexes in dye-sensitized solar cell
9Outlook
第8章TTA、Tn-S1遷移系
1TTA
2電荷対状態・高次励起状態での逆項間交差
3励起状態の電子波動関数の多配置性
4重なり密度と振電相互作用
第9章エキサイプレックス系発光材料
1はじめに
2エキサイプレックスの性質
3逆項間交差を利用したエキサイプレックス発光素子
4エキサイプレックスから蛍光ドーパントへのエネルギー移動
5エキサイプレックスから燐光ドーパントへのエネルギー移動
6おわりに
第10章高分子・デンドリマー材料
1緒言
2高分子有機EL材料
3高分子有機EL素子
4高分子有機EL材料の合成方法
5高分子有機EL材料の特性向上
5.1発光効率
5.2寿命
6最新の材料特性
7今後の展望
第11章有機無機ペロブスカイトLEDの研究動向
第12章電気化学発光
1はじめに
2原理
3測定系
4発光材料
5まとめ
Chapter 13 Liquid Semiconductor
1Introduction
2Solvent-free liquid OLEDs based on a liquid carbazole host material
3Microfluidic OLEDs
4Recent advances in microfluidic OLEDs
4.1Flexible microfluidic OLEDs
4.2Multicolor microfluidic OLEDs
4.3White microfluidic OLEDs
5Conclusions
第14章Light-emitting Electrochemical Cell(LEC)
1はじめに
2LECの構造とメカニズム
3LECの材料
4LECの利点と課題
5LECの研究動向と今後の展望
第15章会合体形成および会合誘起エキシプレックス形成を利用した有機EL素子
1はじめに
2色素会合による素子発光色の制御
3エキシプレックス形成による高安定・高効率な素子の構築
4エキシプレックス形成を利用した発光色の制御
5まとめ
第16章分子配向
第17章塗布型有機ELデバイス
1はじめに
2塗布型白色リン光有機ELデバイス
3塗布型タンデム有機ELデバイス
4まとめ
第18章光硬化性材料
1はじめに
2中空封止構造
3全面封止構造
4有機EL用封止材
5最後に
第19章逆構造有機ELデバイス
1はじめに
2逆構造OLEDにおける電子注入層
3逆構造OLEDの大気安定性について
4駆動安定性について
5実用化に向けた課題
第20章電極材料
1はじめに
2陽極材料
3陽極バッファ層
4陰極材料
5陰極バッファ層
6有機薄膜/電極界面の注入障壁
7まとめ
第21章透明酸化物半導体の電極材料への応用 ―陰極への応用と実例―
1はじめに
2酸化物TFTを用いた有機ELの展望と問題
3仕事関数の小さい酸化物半導体:非晶質エレクトライドとZn-Si-Oの開発および逆構造有機ELへの応用
4結論
第22章光取り出し技術
1はじめに
2光学エネルギーの散逸課程
3光学モード分布
4各種の光学制御技術を利用した有機ELの発光特性の改善
4.1高屈折率材料と光散乱効果を利用した光学制御
4.2微細周期構造による回折効果を利用した光学制御
4.3マイクロキャビティ効果を利用した光学制御
5おわりに
第23章計算科学
1はじめに
2計算科学-Computational Science
2.1分子力学(Molecular Mechanics:MM)法
2.2分子動力学(Molecular Dynamics)法
2.3メソスケールシミュレーション
2.4デバイスシミュレーション(Device Simulation)
2.5光学シミュレーション(Optical Simulation)
3GaussianによるDFT計算の実行
3.1計算環境の設定
3.2配座探索(Conformation Search)
3.3基底状態の構造最適化
3.4重原子を含む分子の構造最適化
3.5垂直励起状態
3.6励起状態での構造最適化
4まとめ
第24章デバイスシミュレーション
1はじめに
2デバイスシミュレーションの基礎
3境界条件
4キャリア輸送機構
4.1Gaussian Disorder Model(GDM)
4.2ホッピング伝導モデル
4.3Poole-Frenkel Model(PFM)
5空間電荷制限電流
第25章デバイス封止材料
1はじめに
2フレキシブル有機ELの封止材料
3封止樹脂に求められるバリア性能発揮の手段
4有機EL封止フィルム:AEFの特徴
5有機EL素子封止樹脂のバリア性評価
6有機EL素子封止樹脂のデバイス評価
7おわりに
【第V編 デバイス作製・解析技術・デバイス応用】
第1章生産用真空成膜装置
1はじめに
2有機EL生産装置
2.1製造工程
2.2装置構成
2.2.1クラスタ型装置
2.2.2インライン型装置
2.3基板サイズ
2.4装置仕様
3有機ELの量産製造技術
3.1RGBパターニング技術
3.1.1マスク蒸着
3.1.2アライメント機構
3.1.3蒸着マスク
3.2搬送技術
3.2.1搬送ロボット
3.2.2パーティクル
4装置課題
5おわりに
第2章研究用真空成膜装置・分析装置
1自動成膜装置
1.1はじめに
1.2研究用真空成膜装置について
1.3成膜装置の構成要素
1.3.1蒸着チャンバー
1.3.2基板マニピュレーター
1.3.3有機蒸着セル
1.3.4金属蒸着セル
1.4成膜装置の機種
1.4.1インライン型
1.4.2クラスター型
1.5自動成膜装置の製造技術
1.5.1自動制御システムに関して
1.5.2自動成膜装置
1.6おわりに
2精製装置
2.1はじめに
2.2昇華精製装置の基本構成
2.3昇華精製装置の重要要素
2.3.1温度勾配の重要性
2.3.2真空系について
2.3.3石英ガラス管と試料採取管について
第3章真空蒸着の基礎と蒸発源
1はじめに
2余弦則と膜厚分布
2.1余弦則
2.2平面な基板上へ蒸着した場合の余弦則
3蒸着と真空の物理
3.1蒸発分子と平均自由行程
3.2粘性流と分子流
4るつぼ型蒸発源を用いた真空蒸着
4.1るつぼの蓋の重要性
4.2るつぼの形状とn値
4.3ガラス基板への成膜
4.4蒸発源ノズル近傍のクヌーセン数の概算
5おわりに
第4章スパッタ法による陰極形成とメカニズムの解析
1はじめに
2スパッタによるダメージとその解析
2.1スパッタによるデバイスのダメージ
2.2スパッタダメージの解析
3スパッタダメージの少ないデバイス構造
3.1LiドープしたAlq3を電子輸送層として用いたデバイス
3.2LiドープしたBphenを電子輸送層として用いたデバイス
3.3スパッタダメージ低減のメカニズム解析
4深さ方向のダメージ解析
4.1ETLの膜厚を変えたときのデバイス特性
4.2TOF-SIMSを用いた深さ方向分析
4.3HAADF-STEMによるデバイス断面観察
5おわりに
第5章有機ELデバイスの寿命自動評価装置
1はじめに
2電気性能
2.1駆動電流の傾向
2.2発熱量と設備のバランス
2.3高精度駆動、高精度計測
2.3.1温度変化への対応
2.3.2配線の合理化
2.3.3微少定電流パルス駆動時の配線の影響
2.3.4電流の計測
2.3.5電圧の計測
2.3.6PD受光電流の計測
3おわりに
第6章有機デバイスの劣化解析技術
1はじめに
2重水(D2O)加湿・浸漬条件
3評価例1:有機ELパネルの水分の影響評価
3.1有機EL素子(評価パネル)
3.2重水浸漬処理
3.3分析評価
3.3.1有機EL素子中のD分布評価
3.3.2封止部の浸入経路評価
4評価例2:パッシベーション膜の水分劣化評価
5まとめ
第7章有機ELデバイス製造時の汚染解析技術〜デバイス劣化因子の推定〜
1はじめに
2デバイス作製時間と寿命との関係
3真空チャンバー内の有機不純物と水が寿命に与える影響
4真空チャンバー内の有機不純物の詳細解析
5発光層界面に混入する不純物の寿命への影響
6まとめ
第8章正・逆光電子分光法を用いた有機膜表面/界面のエネルギー準位解析
1UPS、XPS
1.1表面分析とは
1.2原理
1.3光電子分光測定法
1.4UPSを用いた有機材料のエネルギー準位測定
2低エネルギー逆光電子分光法(LEIPS)による有機膜の空準位解析の原理と実際
2.1緒言
2.2有機半導体のエネルギー準位
2.3従来の電子親和力測定法と低エネルギー逆光電子分光法(LEIPS)
2.4低エネルギー逆光電子分光法の測定の実際
2.5有機半導体の電子親和力測定
2.6まとめ
第9章発光材料の発光量子収率および発光寿命測定
1はじめに
2分子の励起状態緩和過程と光物理的パラメータ
3発光量子収率
3.1発光量子収率の定義と測定法
3.2積分球を用いた絶対発光量子収率測定法
3.3蛍光標準溶液による評価および有機LED用発光材料などへの応用
4発光寿命
4.1発光寿命の定義と測定法
4.2ストリークカメラ法
4.3時間相関単一光子係数法(TCSPC法)
5おわりに
第10章AMOLEDの駆動技術
1はじめに
2ピクセル回路
3電圧プログラム補償方式
4補償回路
5電源線電圧降下
第11章有機ELマイクロディスプレイ
1はじめに
2パネルデバイス構造
2.1有機ELマイクロディスプレイデバイス構造
2.2パネルシステム構造
3白色有機ELデバイス技術
3.1白色有機ELにおける課題
3.1.1効率・寿命の課題
3.1.2色安定性の課題
3.2デバイス構造による対策
4画素回路駆動技術
4.1有機EL画素回路の課題
4.22T2C画素回路駆動
5おわりに
Chapter 12 Flexible AMOLED Displays
1Introduction
2Structure of Flexible AMOLED
3Flexible substrate and TFT technologies
4Encapsulation technology
5De-bonding technology
6Applications of Flexible AMOLED
6.1Fixed curved and free form applications
6.2Bendable applications
6.3Foldable and roll-able applications
6.4Paper-like applications
7Summary
Chapter 13 OLED Lighting Devices
1Introduction
2OLED lighting device features and industry trends
3Technical description of OLED lighting device
3.1White OLEDs
3.2Light extraction
3.3Encapsulation
4Summary



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