有機ELの発光材料開発の最近のトピックス
内容
・TTF を効率化させる発光層の２層化
・TADF (Thermally Activated Delayed Fluorescence）
解説 ：占部哲夫（UBI Research)
聞き手：服部 寿（分析工房)
分析工房のホームページ：
https://www.bunsekik.com/
投稿
[SID 2019] 青色のTADFとhyperfluorescence、OLEDの長寿命を導く。
OLED発光材料の赤と緑は燐光材料を使用しているが、青色は燐光材料の寿命がまだ短くて代わりとして蛍光材料を使われている。 しかし蛍光青色材料は効率が低いな問題点があり、代替材料としてTADFとhyperfluorescence青色材料が多く注目されている。
2019年5月12日から17日まで米国San Joseで開かれた『SIDディスプレーウィーク』でKyuluxとCYNORAがそれぞれ最新青色hyperfluorescenceの性能と青TADFの性能を公開した。
Kyuluxが公開した青色hyperfluorescenceの効率は43cd/Aであり、寿命はLT95@1,000nit基準120時間だ。 これは2019年3月に開かれた『2019 OLED KOREA Conference』で明らかにした性能より向上した数値として、以前の効率と寿命はそれぞれ35cd/AとLT95@750nit基準100時間だ。
続いてCYNORAが明らかにした青色TADFのCIEyは0.15、EQEは18%、寿命はLT95@1,200nit基準10時間だ。 これは『2019 OLED KOREA Conference』で公開した性能よりEQEは10%下落したが、寿命は2倍に増加した数値だ。 KyuluxとCYNORA両方とも寿命の向上に焦点を合わせた結果だ。
<2019 OLED KOREA ConferenceとSID 2019で公開された青色hyperfluorescenceと青色TADF性能>
世界中で唯一に大面積OLEDを量産しているLGディスプレーもTADFの長所と必要性を力説し、緑色のTADFと青色のTADFが使われたOLED素子のシミュレーションデータを発表した。 特に青色TADFが使用された2 stack WRGB OLEDの期待性能を発表しながら、今後青色TADFが適用されたWRGB OLEDの量産可能性を明らかにして発表を終えた。
【IMID 2018】青色TADFとHyperfluorescence、効率と寿命の二兎を得られるのか
8月29日に韓国釜山のBEXCOで開催されたIMID 2018で、Kyuluxの安達淳治CEO（最高経営責任者）は、既存の蛍光材料ホストとドーパントにTADFドーパントを添加するHyperfluorescenceの性能を公開した。
安達淳治氏が公開した黄色Hyperfluorescenceの色度図は（0.49, 0.50）、半値幅は76 nm、1,000 nitを基準にするEQEは15.7%、1000 nitを基準にするLT50は62,000時間で、緑色Hyperfluorescenceの色度図は（0.28, 0.65）、半値幅は31 nm、1000 nitを基準にするEQEは20.6%、1,000 nitを基準にするLT50は48,000時間である。
さらに現在、安達淳治氏は開発中の青色Hyperfluorescenceの性能も公開したが、最大発光波長は470 nm、1000 nitを基準にするEQEは22%、750 nitを基準にするLT50は100時間であることを明かした。特に、2018年上半期から青色Hyperfluorescenceの性能が急速に高まっていると述べ、今後さらに向上すると期待を示した。
続いて行われた発表で、CYNORAのDr. Georgios Liaptsis氏は、現在開発中の深青色（Deep blue）を説明し、波長は460 nm、CIEyは0.15以内でなければならないと強調した。淡青色（Sky blue）に近づくと寿命が長くなる特徴があるが、CYNORAは深青色でも淡青色の寿命を確保できるように研究を進めていると説明しながら、性能を公開した。
現在、全てのOLEDアプリケーションの青色には、蛍光青色が用いられている。青色TADFや青色Hyperfluorescenceが実用化され、既存の蛍光青色よりさらに改善した効率と寿命を確保できるか注目が集まる。
次世代発光材料の開発はどこまで来ているのか
第4回OLED KOREA CONFERENCEで、次世代発光材料開発の先導企業であるKyuluxとCYNORAが研究結果と今後の開発方向についてを発表した。
Kyuluxの最高経営責任者（CEO）安達淳治氏は「従来の蛍光材料ホストとドーパントにTADFドーパントを添加するHyperfluorescenceを開発している」と説明した。Hyperfluorescenceの発光半値幅はTADFの約35%レベル、輝度は約2倍以上で、この材料がTADFの欠点（広い半値幅と低い輝度など）を同時に解決できると強調した。
安達惇治氏が公開した最新Hyperfluorescenceの効率は、赤色28 cd/A、黄色43 cd/A、緑色81 cd/Aで、寿命はLT50（1000nit）を基準に10,000時間、62,000時間、48,000時間である。色度図は赤（0.64, 0.36）、黄色（0.46, 0.52）、緑（0.28, 0.65）である。
一方、CYNORAの最高マーケティング責任者（CMO）Andreas Haldi氏は、現在CYNORAが開発した青色TADFエミッタの色図表は0.16、EQEは24%、寿命（LT97@700nit）は10時間だと明らかにした。このような性能は現在OLEDに使用されている青色材料より2倍高い効率で、色図表（0.10）は同様のレベルであるものの、寿命は短いと説明した。青色TADFエミッタの開発は2018年で終了し、2019年には量産への採用が開始されると付け加えた。
また、従来の低効率材料の代わりに高効率の青色TADFエミッタを使用すると、製造コストの削減のみならず消費電力も抑えられ、バッテリーの消耗を最小限に軽減できると語った。同時にOLEDの解像度を向上できるため、主要パネルメーカーの大規模真空工程ラインへ採用できると期待を示した。
CYNORAは青色TADFエミッタの開発終了後（2018年目途）、緑色TADFエミッタ、赤色TADFエミッタの順に開発を進め、2020年までRGB TADFエミッタの開発を全て終了する予定だ。
商業化に向けた生産準備中の青色TADF（熱活性化遅延蛍光）エミッタ
来週、韓国ソウルで開催される第4回OLED Korea Conferenceで、主要OLED産業関係者が次世代ディスプレイに関する新しい技術について論議する予定である。期待を集めている技術の一つはTADF（熱活性化遅延蛍光）技術で、このテーマは今回UBI Researchが主催するカンファレンスで重要に扱われる。
TADF 技術は青色発光材料の効率を改善するための方法として、大きく注目されている。高効率青色材料を採用したOLEDはまだ市場に出ていないが、この材料への需要は毎年増え続けている。
高効率青色TADFを使用すると、ディスプレイ製造メーカーはディスプレイの電力消費を低減することができる。そのため、消費者は携帯機器のバッテリー節約と大型ディスプレイの電力消費を抑えることができる。また、高効率青色材料を用いることで、ピクセルのサイズが小さくなり、解像度と画質を向上させることができる。
この2つの改善事項は、消費者の満足度を大きく高める。TADFのリーディングカンパニーであるCYNORAは青色TADF材料が高効率青色エミッタの性能を飛び越えたことを示している。CYNORAによる材料の最新性能は、顧客の要求事項にかなり近づいていると言えるが、一方では市場参入の障壁になる可能性もある。今回のOLED Korea ConferenceでCYNORA最高マーケティング責任者（CMO）のAndreas Haldi博士は、CYNORAにおけるTADFエミッタの現況および次世代AMOLEDディスプレイの実現に関するアップデート情報について発表する予定だ。Haldi博士は、最新OLEDデバイスに効率的な青色材料を採用した結果とCYNORAの量産に向けたOLED製造メーカーとの緊密な協力方案について詳しく説明する。
Material Science、OLED用青色ドーパント開発に成功、OLEDの効率と寿命向上
韓国のあるベンチャー企業が特許を独占しているOLED用青色ドーパント（Dopant）の開発に成功した。ドーパントは、OLEDの中で実際に発色するホスト（Host）と混ぜ合わせ、効率と寿命を改善する材料である。
今まで、多くの韓国材料メーカーがOLED用ホストを開発してきたが、大手企業からの支援を受けていないベンチャー企業が、独自にドーパントを実用化できる程度まで開発したのは、これまで前例のないということで、高く評価されている。
OLED用有機材料開発企業のMaterial Science（代表：イ・スンチャン）は、日本のI社による青色ドーパントの特許を代替できる技術を開発したと7日に明らかにした。2014年に設立されたMaterial Scienceは、韓国国内外にあるOLEDパネルメーカーに 正孔輸送層（Hole Transport Layer ：HTL）、電子輸送層（Electron Transport Layer：ETL）などを供給している。全職員約50人のうち、半分が研究開発職である。昨年の売上高は66億ウォンで、今年の売上高は100億ウォンを突破すると予想される。
今回 Material Scienceにおける青色ドーパントの開発によって、OLEDパネルメーカーは日本の I社の他にも、青色ホスト及びドーパントの供給元を確保することができた。
日本のI社は、1995年から青色ドーパントを開発してきた。現在、全30件以上（日本出願基準）の青色関連特許を保有しており、その中で8件の主要特許の有効期限は2034年までとなる。
特に、アントラセン（Anthracene：三つのベンゼン環が一直線につながった化合物）構造の青色ホストとピレン（Pyrene）を含む青色ドーパントを組み合わせる方式に関する特許を独占している。そのため、I 社の青色ドーパントを用いるパネルメーカーは、必ずI社のホストを用いなければならない。I社の青色ドーパントに他メーカーからのアントラセン骨格を有するホストを組み合わせる場合、特許権の侵害となってしまう。
韓国のSamsung DisplayとLG Displayにおいても、I社による青色ホスト及びドーパントが用いられてきた。Material Scienceが開発した青色ドーパントは、I社における組み合わせの特許権を侵害しないように分子を設計した。従来にはOLEDの効率と寿命を改善し、濃い色の青色を作るために、強力なElectron Acceptorを分子に適用する方式を採用してきた。一方、Material Science は、Electron Donorを分子に適用することで、効率と寿命を改善しつつ、濃い青色を実現した。特に、このドーパントは、周囲の極性による発光波長が変更される溶媒和発色（Solvatochromism）現象を抑え、ホストの極性による発光波長の変更現象も大きく抑えられた。
Material Scienceのチョン・ジェホ研究員は「新しい構造及び組み合わせ方式を開発し、既存のドーパントとは異なる製品を作り上げた。パネルメーカーは様々な種類の青色ホストを活用できるようになる」と説明した。Material Scienceは、最近OLEDパネルメーカーが青色蛍光体の寿命を延ばすために導入を進めている熱活性化遅延蛍光（TADF）技術も開発している。
<IFA2017 OLED TV Display Trend Analysis>
UBI Researchによると、OLED有機材料市場は、2021年まで33億6,000万米ドル（約3兆8,000億ウォン）規模に成長する見込みだ。その中で、青色材料の売上高が占める割合は11.5%となりそうだ。
CYNORA、新しい高効率青色OLEDエミッタの性能を公開
TADF（Thermally Activated Delayed Fluorescence、熱活性化遅延蛍光）材料において、代表的な先進企業であるドイツCYNORAは、最近開発した青色エミッタの性能を公開した。CYNORAは、今回の成果に基づき、2017年末に初めてTADF製品の実用化を目指している。
OLEDパネルの製造メーカーにとって、高効率青色エミッタは、低電力と高い解像度を実現するために必要な材料である。そのため、高効率青色エミッタに対する要求は継続的に増加しているが、実際に対応する製造メーカーは中々ないのが実情だった。
先日SID 2017でCYNORAは、OLEDパネルの製造メーカーが求めるレベルに近い性能を持つ青色エミッタを公開し、来場者の注目を集めた。当時、公開した青色エミッタは、TADF技術を採用し、デバイスレベルで470nm以下の発光ピーク（Emission Peak）、90時間以上の寿命（LT97@700 cd/m2）、15%（@1000 cd/m2）EQEを持つ。
CYNORA最高科学責任者（CSO）のThomas Baumann氏は「CYNORAの高効率青色エミッタは、顧客に求められる範囲の性能を持ち、今まで発表してきた青色エミッタの中で、最も優れている結果を達成した。発光ピークを460nmに変化させることに傾注している」と今後の研究方向を述べた。
CYNORA最高マーケティング責任者（CMO）のAndreas Haldi氏は、「今回の研究成果で 、計画通りに今年の末には、高効率の青色エミッタを販売できる確信を持った。TADFの先進企業として位置付けるために、全てのカラーエミッタを始めとし、2018年には緑色エミッタを、2019年には赤色エミッタを発売する予定だ」と今後の計画を明らかにした。
第4世代発光材料「Hyperfluorescence」
蛍光材料としてもりん光材料としても、不十分と言えるOLED発光材料の特性を改善するために、現在開発しているTADF（Thermally Activated Delayed Fluorescence、熱活性化遅延蛍光）の実用化まで、少し時間がかかっている。TADF技術で最も先進的な企業と高く評価されているKyuluxが、まだディスプレイに適合するTADFドーパントの実用化に至っていないからだ。
Kyulux最高技術責任者（CTO）のAdachi氏によると、TADF専用のホスト材料がまだ用意されていないことが、TADF実用化を遅らせている要因となるという。そのため、発光ピークの半値幅が広く、ディスプレイに適合していないのだ。Kyuluxがこの問題を解決し、TADF材料の実用化を急ぐために開発している材料が、第4世代発光材用である「Hyperfluorescence」だ。
<Kyulux CTOのAdachi氏>
Hyperfluorescence材料は、既存の蛍光材料ホストとドーパントにTADFドーパントを添加し、蛍光材料としてりん光材料の効果を発揮することを目指している。
<Hyperfluorescnce効果>
Adachi氏は、Hyperfluorescnce効果とは、TADFの広い半値幅と蛍光材料の低い輝度を同時に解決できる構造であると強調した（上図）。
<Hyperfluorescenceと一般的なFluorescenceの特性比較>
Kyuluxが一般的な緑色の蛍光材料を用いて製造したOLEDと、同じ材料にTADFを添加することでHyperfluorescnce構造に仕上げたOLEDを、一つの基板に作り合わせてみると、発光強度に顕著な違いが確認された（写真）。
Kyuluxは、2017年内にHyperfluorescnce材料の実用化を予定している。初めて適用する対象となるのは、PMOLEDである。
CYNORA、OLED Korea ConferenceでEQEが24%向上されたTADF blueを適用した新しいOLEDデバイス発表
CYNORAは、ユービー産業リサーチが主催する第3回OLED Korea Conferenceで最新blue TADF(Thermally Activated Delayed Fluorescence)エミッタ（emitter）研究結果について発表する予定である。CYNORAは、TADF材料と関連し、数年間活発な研究を進めてきた代表的な先導企業として、OLEDディスプレイの性能改善の最大のイッシュである青色エミッタマテリアル（blue emitter material）開発に重点を置いている。CYNORAは、報道資料を通して、CYNORAの青色TADFエミッタ（blue TADF emitter）を適用すれば、デバイス製造会社は消費電力が減少して、解像度が向上されたOLEDディスプレイを生産できると述べた。
<CYNORA>
CYNORAのCMOであるDr Andreas Haldiは、第３回OLED Korea Conferenceで、「Better Materials for Better Performance」セッションを通して、TADFエミッタの最新の研究結果について発表する予定である。Andreas Haldiは、24%のEQEと1,000時間の寿命(LT80)を持つsky-blue materialが適用され、性能が向上されたOLEDデバイスを発表する予定で、これまで報告された青色エミッション（blue emission）TADF技術の効率と寿命の側面で両方ともに最も優れた性能である。また、今年末に予定されている青色TADFエミッタ（blue TADF emitter）の商用化についての詳しい内容を発表する予定である。
<CYNORA>
ユービー産業リサーチは、最近、OLED emitting material市場が急激に増加しており、2017年には約US$980ミリオンに達するだろうと展望した。また、CYNORAは、AppleがOLEDディスプレイを適用する時、高性能を持ったOLEDパネルの需要は大幅に増加するものと予測しながら、これに対応してパネル製造会社は、製品の競争で有利な位置を占めるため、高効率のblue pixelsの適用に拍車をかけていることを明らかにした。
CYNORA、高効率と長寿命の青色TADF（熱活性化遅延蛍光）エミッタで新たな跳躍を成す。
TADF（熱活性化遅延蛍光、thermally activated delayed fluorescence）材料のリーダであるCYNORA（サイノラ）が現地時間で2016年10月5日に、高効率と寿命二つの両方を満足する新しい青色発光材料（blue emission）を開発したと発表した。これらの成果は、OLED産業が必要とする青色発光性能が適正水準以上に達したものと評価されており、新たに開発されたTADF材料の実用化を2017年の終わりの目標にすると述べた。
2016年5月にCYNORA（サイノラ）は、高効率の青色エミッタシステム（blue emitter system）と、長寿命の青色エミッタシステム（blue emitter system）をそれぞれ開発したが、その後の約6ヶ月間で、CYNORAは、高効率と長寿命を同時に満足させる 青色TADF（熱活性化遅延蛍光）エミッタシステムを開発したと明らかにした。
CYNORAで発表したところによると、新たに開発された青色エミッタシステム（blue emitter system）で製作されたOLEDデバイスは、420時間の寿命（LT80, 500 cd/m2, λ < 480 nmの条件の下で）とともに14％の外部量子効率（External Quantum Efficiency）を示し、これらの性能は、青色発光TADFがすぐにOLEDディスプレイ産業に適用できることを示したものと評価した。
CYNORAのCSOであるThomas Baumannは、「青色TADFエミッタの持続的な発展は、TADF専門チームの成長と顧客との緊密な協力で可能することができた。また、私たちは、来年末の市場投入のために最適化された複数の種類の高性能TADF材料を開発している。」と語った。
CYNORAのドーパント（dopants）は完全な有機物であり、真空で蒸着することができるように作られた。また、青色TADF発光物質を溶液プロセスの2番目の段階で使用する予定である。CYNORAの青色TADF技術に基づいてパネルメーカーで高効率と長寿命の高解像度OLEDディスプレイ製造が可能になるのかCYNORAの今後の歩みが期待される。
TADF、今年の秋、有機ELカンファレンスで話題に… Cynora、メーカーを代表して技術力を強調
TADF is one of hot issues in OLED industry. (写真出典 : CYNORA)
Hyunjoo Kang / jjoo@olednet.com
済州島IMID 2016をはじめに今後有機EL関連のカンファレンスが本格的に開かれる予定の中、熱活性化遅延蛍光（TADF）技術が今回秋シーズンの有機ELイベントの熱い関心事の一つであると予想される。
Cynoraのような、この分野をリードするメーカーは、今年の秋の有機EL関連イベントを通じて、その技術力を積極的に公開する計画である。
現在、市販されている有機EL搭載製品は、ブルー発光材料の効率が低いため、ディスプレイのエネルギー効率に限界があるというのが問題として指摘されている。
核心的なディスプレイメーカーの間で、TADF技術はブルー発光材料の効率を高めるための代表的な方法として脚光を浴びている。
来る8月23日から済州島で開かれるIMIDと、28日からサンディエゴで開催されるSPIEカンファレンスでも、この技術に対する重要性が浮き彫りにされる予定である。
ブルー材料関連のTADFをリードするCYNORA GmbHは、今回のふたつの行事で、業界を代表してこの技術に関連する情報を発表する計画である。材料の開発から精密な機械工学に至る内容が用意されている。同社は5月、外部量子効率（EQE）が16.3％（100cd/m2条件）に至る濃紺色材料を開発したと発表した。
これと共に、韓国の成均館大学、日本の九州大学、中国の清華大学も今年の秋のカンファレンスを通じて、この技術に関連する学術情報を共有する計画である。
一方、9月末にサンディエゴで開催される有機EL World Summitでも、有機EL応用製品の消費電力を改善する技術が重要なテーマの一つであると予想される。