2013年1月30日

リリース概要

独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(以下、NEDO)のプロジェクトにおいて大阪大学 竹谷純一教授らのグループ※1は、有機半導体を用いて、これまでの9倍の高解像度(画素サイズ0.5mmx0.5mm)で高速表示が可能な世界最高性能の有機TFT※2液晶ディスプレイの開発に成功しました(図1)。

今回の成果では、従来の成果※3である有機半導体を溶液で塗布すると同時に結晶化させる技術をさらに改善し、かつ有機半導体にダメージを与えない微細加工技術を新たに開発することで、従来の性能をはるかに超える高移動度※4の有機TFTを実現し、有機TFT液晶ディスプレイの高速化かつ大面積化を可能としました。

この成果を活用することにより、ロールスクリーンテレビや電子ペーパーなどに利用できる低コストで薄型かつ高性能なフレキシブルディスプレイの開発促進が期待されます。

なお、2013年1月30日~2月1日に開催されるnano tech 2013(東京ビッグサイト)で、このディスプレイを展示します。

 

研究の背景

有機半導体は、現在主に用いられているシリコンなどの無機半導体と比ベて以下の特長があり、次世代トランジスタなどエレクトロニクス素子への応用開発研究が盛んに行われています。

1. 塗布法・印刷法といった簡便かつ比較的低温での作製が容易
2. 薄型化
3. 低コスト化
4. フレキシブルディスプレイなどのユニークな用途が期待できる

しかしながら、実際に薄型ディスプレイを高速で制御する性能(高移動度)を保ったまま、簡便かつ低コストに成膜し、さらに高解像度化のために微細なパターニングをすることは困難でした。

 

今回の成果

(1) 高速・低コスト・高解像度の有機エレクトロニクス
下記の技術により、現在使われている計測器表示パネルと同じ画素スペック(対角画面サイズ2.8インチ、画素数128x60)の高解像度を実現しました。

①高移動度有機半導体(高速)
典型的な塗布型有機トランジスタの性能(0.1-1cm2/Vs)を1桁も上回る10cm2/Vsのキャリア移動度を有する有機半導体を利用しています。この移動度は非常に高い値であり、ディスプレイパネルの場合、従来のアモルファスシリコン材料を用いた場合より、1桁速い動画が表示できます。

②「塗布結晶化法」による塗布・印刷法(低コスト)
「塗布結晶化法」は、有機半導体を溶液で塗布すると同時に結晶化させて膜にすることができる簡便な手法(図2)で、有機半導体分子が規則正しく配列することが特徴です。高移動度の有機半導体が溶液から析出する際に、配列しやすい分子設計をしています。

③「新規半導体パターニング法」(高解像度)
「新規半導体パターニング法」は、リソグラフィーを用いた新しい半導体パターニング法で、フォトレジストと現像条件を最適化することで、有機半導体にダメージを与えずに微細加工し、電極を取り付けることができます。

得られた性能は、現在の液晶薄型ディスプレイに用いられるアモルファスシリコン性能を約10倍も上回ります。塗布・印刷法等により大面積・低コストの生産が可能となるため、次世代薄型ディスプレイやフレキシブルディスプレイのアクティブマトリックス※5として応用できます。さらに、有機EL素子との組み合わせにより、大画面の高性能フレキシブルディスプレイの早期実現にもつながり、高速の有機エレクトロニクス素子の実用化への道を示したと言えます。

(2) 技術的背景
竹谷教授らは2003年に有機半導体の結晶を用いたトランジスタを開発し、これまでよりも格段に高い性能を実現することを見出していたため、実用化に有利な溶液塗布法によって有機半導体結晶を作製する方法を検討してきました。2011年には、本プロジェクトの成果として、広島大学の瀧宮和男教授らが開発した「アルキルDNTT」※6を用いて、100℃程度にした溶液から有機半導体結晶を析出させてきわめて高性能の有機TFTを開発しました。2012年には、塗布結晶化法を利用した、液晶ディスプレイ(対角画面サイズ2.3インチ、画素数30x23)の駆動にも成功しました。今回は、画素サイズとして0.5mmx0.5mmを実現しており、前回2012年のプレスリリース時※3と比較して9倍の高解像度化に成功しています(図3)。

 

今後の予定

今後、開発したアクティブマトリックスパネルの高精細化と有機EL素子と組み合わせたディスプレイの開発を行います。また、大阪大学内に組織した、有機材料開発からパネル部材、装置開発、デバイス開発を行う企業とのコンソーシアム「ハイエンド有機半導体研究開発・研修センター」を主体に、高速動作の有機エレクトロニクスデバイスの実用化研究を加速します。

 

参考図

図1 新規に開発した有機TFT液晶ディスプレイ(画素サイズ0.5mm×0.5mm)


図2 塗布結晶化法


図3 本研究で開発した「塗布結晶化法」を用いて作製した高性能の有機TFTアクティブマトリックスによる液晶パネル。実際に使われている計測器表示パネルと同じ画素スペックを実現しています。

 

用語解説

※1 大阪大学 竹谷純一教授らのグループ
大阪大学の竹谷純一教授、大阪府立産業技術研究所の宇野真由美主任研究員、株式会社クリスタージュらのグループNEDOのナノテク先端部材・部材実用化研究開発プロジェクトにおいて、革新的な高性能有機トランジスタを用いた薄膜ディスプレイ用マトリックスの開発にて実施。実施期間は平成21~24年度。

※2 有機TFT
Organic Thin Film Transistor。活性層に有機半導体を用いる薄膜トランジスタ。

※3 従来の成果
2012年2月14日リリース(NEDO www.nedo.go.jp/news/press/presslist.html 参照) 印刷可能な有機TFT液晶ディスプレイの駆動に成功。

※4 移動度
移動度は半導体の中に注入された電子キャリアの動きやすさを表す。

※5 アクティブマトリックス
1つの画素に1個以上の動作ON/OFFコントロールが可能なトランジスタ等が配列された構造で、目的の画素のみを確実に点灯・消灯させられる。現在使われている「液晶ディスプレイ」等で採用されている方式である。

※6 アルキルDNTT
ジナフトチエノチオフェン(DNTT)分子の両末端に、アルキル鎖を付加した構造をもつ分子。アルキル鎖は、溶媒への溶解性を高めるとともに、分子を凝集させ、配列性を高める働きがある。

 

参考URL

http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/aed/index.html

http://www.nedo.go.jp/

http://tri-osaka.jp/

http://www.crystage.com/

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