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円偏光発光のスイッチング技術とその活用

奈良先端科学技術大学院大学物質創成科学研究科

助教 主任研究員 内藤昌信

3D：次世代ディスプレイの主役

SONY パナソニック

研究背景

本技術で実現できることとその課題1. 高輝度・高円偏光発光材料の分子設計指針の確立2. エネルギーコスト大幅削減を実現する円偏光有機EL

本技術で実現できることとその課題1. 高輝度・高円偏光発光材料の分子設計指針の確立2. エネルギーコスト大幅削減を実現する円偏光有機EL

円偏光方式

左円偏光

円偏光フィルタグラス

3Dイメージ

左円偏光透過

右円偏光

右円偏光のみ透過

3D：次世代ディスプレイの主役

http://ascii.jp/elem/000/000/480/480239/index-2.html

右目・左目用の映像を交互に再生液晶メガネのシャッターを切替メガネとディスプレイを同期視聴位置が限定

フレームシーケンシャル方式

直線偏光 円偏光

研究背景

研究背景

ブロードバンドの普及→通信量の増大190倍 (2006→2025年）IT機器の高性能・高機能化・設置数の急増

原発 20基分

ｘ５

消費電力

(kW

h)

H21 新成長戦略：グリーンイノベーション

情報爆発とグリーンIT

グリーンITとしての有機EL

Cool Earth エネルギー革新技術ロードマップ（H20 通産省）

低消費電力（5.3kW/年・インチ）フレキシブル化視認性（180°)応答速度（分子配向なし）寿命（3万時間程度）

0

1

2

3

4

5

6

2010 2020 2030

消費電力

(kW

h/年

⋅in

ch)

発光効率改善・大面積化：70 lm/W

長寿命化：5万時間

1/3に削減

消費電力

(kW

h/年

⋅in

ch)

グリーンITとしての有機EL

Cool Earth エネルギー革新技術ロードマップ（H20 通産省）

低消費電力（5.3kW/年・インチ）フレキシブル化視認性（180°)応答速度（分子配向なし）寿命（3万時間程度）

円偏光発光性材料のジレンマ

E. Peeters, et al., J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 9909-9910.

高輝度◯・低円偏光度×

高輝度・高量子収率：>90%円偏光度が極めて低い：gCPL: ~10-3

共通問題：高価な右・左の光学活性 高純度原料

低輝度×・高円偏光◯

P. M. L. Blok, et al., Chem. Phys. Lett. 1989, 161, 188-194.

低輝度・低量子収率：数%円偏光度が高い：gCPL: ~10-1

円偏光有機EL材料

CD-ピレン2:2包接錯体 高輝度

：室温・量子収率70%以上

円偏光発光性材料のジレンマ環境フォトニクス環境フォトニクスSRGSRGのオリジナル材料のオリジナル材料特願２００９ 円偏光発光の制御方法および円偏光発光材料

ガンマ-シクロデキストリン 既存の有機EL材料ピレンの誘導体

安価・簡便操作で円偏光発現

高円偏光度

：従来のキラル発光材料の100倍

：単一キラル源・同一操作-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

0

0.5

1

1.5

400 500 600 700

25°C

発光波長 (nm)

円偏光発光強度（∆I)

発光強度（I)

左巻き円偏光

右巻き円偏光

O

OHHO

OH

O

OOH

HOOHO

OOH

OH

OH

O

OOH

OH

OH

O

O

OH

OH

HO

O OH

OHHO

O

OOH

HO

HO

O

O

OH

OH

HO

O

O

円偏光発光フィルムからプラスティック円偏光レーザへの応用展開

本技術で実現すること①CD-ピレン包接錯体を用いたEL素子の作製および性能評価

ガラス基板

ITO透明陽極

円偏光発光層

金属（陰極）

円偏光EL発光

・真空蒸着による既存技術を応用した円偏光有機EL素子の作製→研究科内共同研究

本技術で実現すること②マルチカラー円偏光有機EL

ガラス基板

ITO透明陽極

円偏光発光層

金属（陰極）

円偏光EL発光

発光色と円偏光度の最適化

赤色発光ジシアノジアゼピン希土類錯体

緑色発光 クマリン類

青色発光ペリレンフルオレン

水溶性CD高分子群を合成水溶液塗布による有機EL素子の作製技術を確立

主鎖型 樹状型側鎖型

N NHN N N N

HN

NH

HN

NH

NH

N

NH

NH2

HN

NH

N N

N

X

X

N N

N

X

X

本技術で実現すること③環境調和プロセスを指向した水性塗布型有機EL材料の開発

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新技術の特徴・従来技術との比較

• 従来技術の問題点であった、高輝度・高円偏光度を有する円偏光フィルムの作製に成功した。

• 水溶性材料を使うことで、VOCフリー工法で円偏光薄膜が実現できた。

• キラル源に高価な光学活性材料を用いず、食品添加物のシクロデキストリンのみで左右の円偏光を出すことに成功した。

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想定される用途

• 本技術の特徴を生かすためには、精密薄膜化技術を適用することで歩留まりの向上が期待できる。

• また、達成された疎水性の有機発光材料をシクロデキストリンで包接することで、難水溶性の色素を高濃度で水溶化できることに着目すると、バイオイメージングといった分野や用途に展開することも可能と思われる。

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想定される業界

• 利用者・対象液晶ディスプレイ製造メーカー

偏光フィルム製造メーカー

バイオイメージング材料製造メーカー

光ファイバ・光通信材料製造メーカー

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実用化に向けた課題

• 現在、円偏光発光性材料について光励起により高輝度・高円偏光度の円偏光発光フィルムが可能なところまで開発済み。しかし、EL発光の点が未解決である。

• 今後、電荷注入方法について実験データを取得し、円偏光有機ELに適用していく場合の条件設定を行っていく。

• 実用化に向けて、偏光度の膜厚依存性などの精度を向上できるよう基礎知見を収集する必要もあり。

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企業への期待

• 未解決の薄膜化・デバイス化については、従来の有機EL作製技術により克服できると考えている。

• 有機ELデバイス作製の技術を持つ、企業との共同研究を希望。

• また、円偏光を用いた3Dディスプレイを開発中の企業への展開を考えている企業には、本技術の導入が有効と思われる。

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本技術に関する知的財産権

• 発明の名称： 円偏光発光の制御方法および円偏光発光材料

• 出願番号 ：特願2009-1125741

• 出願人 ： 国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学

• 発明者 ： 内藤昌信、中村匡志、安井研一郎

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産学連携の経歴•2003年-2005年

– NEDO産業技術研究助成事業助成に採択『海洋保全のための船舶・発電所向け次世代防汚ペイントの設計開発』

•2005年– 企業との共同研究

『金属非溶出型環境調和型船底塗料に関する研究 』

•2007年-2008年– JSTシーズ発掘試験に採択

『環境汚染物質用超高感度・超高速検出システムの開発』

•2008年-2009年– JSTシーズ発掘試験に採択

『無溶媒高速振とう法を用いたカーボンナノチューブの口径-らせん巻き性同時分割』

•2009年-2012年– 戦略的創造研究推進事業さきがけに採択

『NanoからMicroへの精密自己組織化で拓く円偏光有機レーザーの創製』

•2010年-2011年– 国土交通省補助事業（ALFCプロジェクト）に採択

『高機能低摩擦付与剤の基礎研究』

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お問い合わせ先

国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学

産官学連携推進本部

ＴＥＬ：0743－72 －5930

ＦＡＸ：0743－72－ 5194

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