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【特集】フレキシブルデバイス―オール有機ハイブリッドフィルムエレクトロニクスへの展望―
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特集にあたって
Introduction
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宮下徳治(東北大学 多元物質科学研究所 教授(副所長))
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環境に溶け込むアンビエントエレクトロニクス
Ambient Electronics
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関谷毅(東京大学 大学院 工学系研究科 電気系工学専攻 助教)
染谷隆夫(東京大学 大学院 工学系研究科 電気系工学専攻 教授;東京大学 ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構)
ゴムのように伸縮自在な有機トランジスタ集積回路や有機ELディスプレイの作製に成功した。この伸縮エレクトロニクスは,電気を流すゴムのような新素材(伸縮性導体)を印刷配線として用い,有機トランジスタのアクティブマトリックス方式で駆動される。70～80%引き伸ばしても機械的・電気的な劣化がないことが確認された。伸縮自在なエレクトロニクスを利用すると,自由曲面や可動部の表面にも貼り付けられることができるため,ユニークな機器デザインが可能となり,エレクトロニクスの新用途が急速に拡大するものと期待されている。
【目次】
1. はじめに
2. 伸縮性導体
3. 有機トランジスタ・マトリックス
4. 伸縮可能なアクティブマトリックス有機ELディスプレイ
4.1 有機トランジスタ・アクティブマトリックス
4.2 有機ELセル
4.3 伸縮性ディスプレイの電気的特性
5. 今後の展望
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有機薄膜トランジスタ
Organic Thin Film Transistor
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鎌田俊英((独)産業技術総合研究所 光技術研究部門 研究グループ長)
有機薄膜トランジスタは,次世代のフレキシブル・プリンタブルデバイスのキーテクノロジーとしての期待が高く,今日盛んに研究開発が行われ,ディスプレイ用TFTをはじめとしてめざましい発展を遂げている。ここでは,最近の開発動向や技術課題,さらには今後の発展が期待される方向性などについて紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 有機トランジスタの性能
3. 動作信頼性
3.1 電気的安定性
3.2 熱安定性
4. 新機能素子
5. おわりに
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アモルファス有機薄膜の分子配向と低しきい値レーザー素子への応用
Molecular Orientation in Amorphous Thin-films and their Application for Low Threshold Laser
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横山大輔(九州大学 未来化学創造センター 助教)
安達千波矢(九州大学 未来化学創造センター 教授;大学院 工学府 物質創造工学専攻)
従来,低分子有機アモルファス膜は光学的に等方的であり,その膜中で分子は3次元的にランダムに配向していると考えられてきたが,多入射角分光エリプソメトリーによる分析により,一般に細長い骨格もしくは平面状の骨格を有する分子はアモルファス膜中において基板に対し平行に配向することが明らかとなった。このような有機アモルファス膜内の分子配向は,有機レーザー素子の低しきい値化にも大きな寄与を果たしている。
【目次】
1. はじめに
2. 分子配向と光学物性
3. 低しきい値有機レーザー材料
4. おわりに
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フレキシブルデバイスとしてのフィルム型色素増感太陽電池
Film-type Dye-sensitized Solar Cell as a Flexible Device
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内田聡(東京大学 先端科学技術研究センター 特任准教授)
瀬川浩司(東京大学 先端科学技術研究センター 教授)
太陽電池の利用拡大が望まれるなか,既存の太陽電池はセルの価格や原料シリコンの確保など多くの課題を抱えている。そのため,薄膜シリコン太陽電池などの次世代太陽電池の開発が進んでいるが,さらにその先を見据えて有機薄膜太陽電池や色素増感太陽電池などの「有機系太陽電池」に注目が集まっている。これらは,本質的に薄膜化が可能でありフレキシブルデバイスの一つととらえることができる。本稿では,フレキシブルデバイスとしてのフィルム型色素増感太陽電池の要となる酸化チタン電極の作製法に焦点を当てる。
【目次】
1. はじめに
2. 酸化チタンナノ粒子の塗布技術
(1) スキージー(Squidgie)法
(2) ドクターブレード(Doctor Blade)法
(3) スピンコート(Spin Coat)法
(4) スクリーン印刷(Screen Printing)法
(5) スプレー塗装(Spray Painting)法
(6) その他
3. フィルム型色素増感太陽電池に用いる酸化チタン電極の安定性
4. 酸化チタン電極のマイクロ波焼成技術
5. おわりに
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有機ラジカル電池:フレキシブル全有機蓄電デバイスへ向けて
Organic Radical Battery toward a Totally Polymer-based,Flexible Rechargeable Device
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須賀健雄(早稲田大学 理工学術院 応用化学専攻 研究助手)
西出宏之(早稲田大学 理工学術院 応用化学専攻 教授)
ニトロキシドラジカルをはじめとする安定かつ迅速な電子授受能を有する有機ラジカルを高密度に置換したラジカル高分子は,新しい有機電極活物質として二次電池に適用可能である。本稿では,p,n型酸化還元能を有するラジカル高分子を正・負極に適用した全有機二次電池の構成を述べる。優れた高出力特性(たとえば1分で充電可能)に加え,高分子材料ならではの成形加工性を生かし,薄型かつフレキシブルな全有機蓄電デバイスへの展開を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. ラジカルのp,n型酸化還元と全有機二次電池の構成
3. 高容量化に向けたラジカル高分子の設計
4. 電極の作り込みと電池の位置づけ
5. 将来展望
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光運動材料の構造と機能
Photomobile Polymer Materials
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中裕美子(東京工業大学 大学院 総合理工学研究科 化学環境学専攻 博士課程2年)
池田富樹(東京工業大学 資源化学研究所 所長;高分子材料部門 教授)
フォトクロミック分子の微小な構造変化から巨視的な変形を導くことができる光運動材料は,光駆動型アクチュエーターとしての応用が期待できることから,たいへん注目を集めている。本稿では,光により動く架橋アゾベンゼン液晶高分子の特性および,より実用的な光運動材料の開発をめざした最近の研究動向について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. アゾベンゼン高分子の光変形
3. 架橋アゾベンゼン液晶高分子の光運動特性
3.1 液晶分子による屈曲方向の制御
3.2 水素結合による架橋
3.3 架橋アゾベンゼン液晶高分子フィルムの回転運動
3.4 積層構造を有する架橋アゾベンゼン液晶高分子フィルムの光運動
4. 今後の光運動材料
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プラズモニックデバイスの研究動向
Trends of Plasmonic Device
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三ツ石方也(東北大学 多元物質科学研究所 准教授)
宮下徳治(東北大学 多元物質科学研究所 教授(副所長))
金属ナノ構造体を対象とするプラズモニクスは,次世代型光技術として物理,化学,バイオなど各分野において注目を浴びている。本稿では,フレキシブルデバイスのアクティブ素子として期待されるプラズモニックデバイスの現状と今後の展開について,最近の研究動向を中心に解説する。
【目次】
1. はじめに
2. 表面プラズモン
3. 表面プラズモンによるセンシング
4. 局在表面プラズモンによる増強効果
5. メタマテリアル
6. アクティブ素子としてのプラズモニックデバイス
7. おわりに
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有機論理素子
Organic Logic Device
--------------------------------------------------------------------------------
松井淳(東北大学 多元物質科学研究所 多元ナノ材料研究センター 助教)
有機材料を用いた論理素子に関して,筆者が中心に行っている高分子ナノシートを用いた光駆動型の論理素子に関する研究を中心に解説する。
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フレキシブルメモリー
Flexible Memory
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植村聖((独)産業技術総合研究所 光技術研究部門 研究員)
フレキシブル電子デバイスのアプリケーションにおいてメモリーは重要な機能であるため,低温溶液プロセスでプラスチック基板上に作製できる有機メモリーに期待が集まっている。ここでは強誘電性メモリーを中心に,有機メモリーに関する研究開発動向と産総研におけるプリンタブル・フレキシブルメモリーの研究開発例について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 有機メモリーデバイス
3. フレキシブル1T型強誘電体メモリー
4. ポリペプチド膜を用いたメモリーデバイス
5. 今後の展望
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高分子エレクトロクロミック素子
Polymer Electrochromic Devices
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青木純(名古屋工業大学 大学院 工学研究科 物質工学専攻 准教授)
導電性高分子を使った高分子エレクトロクロミック(EC)素子は,フレキシブルなフィルムエレクトロニクスデバイスとして期待できる。本稿では,正負両極に導電性高分子を用いることにより1V以下の低駆動電圧で動作する高分子EC素子について紹介する。また,異なる導電性高分子を正負両極に用いることにより,フルカラーEC素子をめざした多色化についても述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 正負両極にポリアニリンを用いたEC素子
3. 異なる導電性高分子を組み合わせたEC素子
4. おわりに
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界面化学結合型熱ナノインプリントリソグラフィー
Reactive-Monolayer-Assisted Thermal Nanoimprint Lithography
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中川勝(東北大学 多元物質科学研究所 教授)
筆者らが最近発表した光反応性単分子膜を特徴とする界面化学結合型熱ナノインプリントリソグラフィーによる熱可塑性高分子薄膜の成形と,ウェットエッチングによる金薄膜のナノ加工について紹介し,フィルムエレクトロニクスの実現に向けた課題をあげる。
【目次】
1. はじめに
2. TNILと金属薄膜微細加工の現状
3. 界面化学結合型熱ナノインプリントリソグラフィーと金薄膜のウェットエッチング加工
4. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
Material Report
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R&D
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高機能樹脂「Nichigo G-Polymer」―アモルファスビニルアルコール系樹脂―
High-performance Resin,Nichigo G-Polymer:Amorphous Vinyl Alcohol-based Resin
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渋谷光夫(日本合成化学工業(株) 新事業開発部 新規ポリマー開発グループ)
日本合成化学工業が開発した新規アモルファスビニルアルコール系樹脂「Nichigo G-Polymer」は,高透明性とともに従来のビニルアルコール系樹脂では実現できなかった延伸性と高ガスバリア性,低融点と高メルトテンション,低発泡性と高い乳化力,低結晶性と高い水素結合力など,相反する機能を兼ね備えている。またPVOHと同様の生分解性を有している。本稿では,本新規アモルファスビニルアルコール系樹脂の特徴を紹介する。
【目次】
1. 開発経緯と概要
2. 従来技術
3. 日本合成化学工業のビニルアルコール系樹脂機能化技術の変遷
4. 新規アモルファスビニルアルコール系樹脂
4.1 設計思想
4.2 特性
4.2.1 作業性に優れる水溶液挙動
4.2.2 良好な溶融成形性,成形加工性およびガスバリア性
4.2.3 乳化・分散剤性能
4.2.4 記録媒体への応用
(1) 高い表面光沢性,透明性
(2) 高い柔軟性
(3) 顔料を含む水分散液の高い消泡性
(4) 顔料を含む水分散液の高い粘度安定性
(5) その他
5. おわりに
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Market data
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ナノインプリント装置の市場動向
Market Trend on Nanoimprint Devices
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【目次】
1. 概要
2. 用途
3. 市場規模
4. 業界動向
5. 企業動向
(1) SCIVAX
(2) アイトリックス/ナノニクス
(3) 日立製作所
(4) 東芝機械
(5) 東洋合成工業
(6) 東京応化工業
(7) 大日本印刷
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特集にあたって
Introduction
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宮下徳治(東北大学 多元物質科学研究所 教授(副所長))
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環境に溶け込むアンビエントエレクトロニクス
Ambient Electronics
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関谷毅(東京大学 大学院 工学系研究科 電気系工学専攻 助教)
染谷隆夫(東京大学 大学院 工学系研究科 電気系工学専攻 教授;東京大学 ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構)
ゴムのように伸縮自在な有機トランジスタ集積回路や有機ELディスプレイの作製に成功した。この伸縮エレクトロニクスは,電気を流すゴムのような新素材(伸縮性導体)を印刷配線として用い,有機トランジスタのアクティブマトリックス方式で駆動される。70～80%引き伸ばしても機械的・電気的な劣化がないことが確認された。伸縮自在なエレクトロニクスを利用すると,自由曲面や可動部の表面にも貼り付けられることができるため,ユニークな機器デザインが可能となり,エレクトロニクスの新用途が急速に拡大するものと期待されている。
【目次】
1. はじめに
2. 伸縮性導体
3. 有機トランジスタ・マトリックス
4. 伸縮可能なアクティブマトリックス有機ELディスプレイ
4.1 有機トランジスタ・アクティブマトリックス
4.2 有機ELセル
4.3 伸縮性ディスプレイの電気的特性
5. 今後の展望
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有機薄膜トランジスタ
Organic Thin Film Transistor
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鎌田俊英((独)産業技術総合研究所 光技術研究部門 研究グループ長)
有機薄膜トランジスタは,次世代のフレキシブル・プリンタブルデバイスのキーテクノロジーとしての期待が高く,今日盛んに研究開発が行われ,ディスプレイ用TFTをはじめとしてめざましい発展を遂げている。ここでは,最近の開発動向や技術課題,さらには今後の発展が期待される方向性などについて紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 有機トランジスタの性能
3. 動作信頼性
3.1 電気的安定性
3.2 熱安定性
4. 新機能素子
5. おわりに
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アモルファス有機薄膜の分子配向と低しきい値レーザー素子への応用
Molecular Orientation in Amorphous Thin-films and their Application for Low Threshold Laser
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横山大輔(九州大学 未来化学創造センター 助教)
安達千波矢(九州大学 未来化学創造センター 教授;大学院 工学府 物質創造工学専攻)
従来,低分子有機アモルファス膜は光学的に等方的であり,その膜中で分子は3次元的にランダムに配向していると考えられてきたが,多入射角分光エリプソメトリーによる分析により,一般に細長い骨格もしくは平面状の骨格を有する分子はアモルファス膜中において基板に対し平行に配向することが明らかとなった。このような有機アモルファス膜内の分子配向は,有機レーザー素子の低しきい値化にも大きな寄与を果たしている。
【目次】
1. はじめに
2. 分子配向と光学物性
3. 低しきい値有機レーザー材料
4. おわりに
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フレキシブルデバイスとしてのフィルム型色素増感太陽電池
Film-type Dye-sensitized Solar Cell as a Flexible Device
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内田聡(東京大学 先端科学技術研究センター 特任准教授)
瀬川浩司(東京大学 先端科学技術研究センター 教授)
太陽電池の利用拡大が望まれるなか,既存の太陽電池はセルの価格や原料シリコンの確保など多くの課題を抱えている。そのため,薄膜シリコン太陽電池などの次世代太陽電池の開発が進んでいるが,さらにその先を見据えて有機薄膜太陽電池や色素増感太陽電池などの「有機系太陽電池」に注目が集まっている。これらは,本質的に薄膜化が可能でありフレキシブルデバイスの一つととらえることができる。本稿では,フレキシブルデバイスとしてのフィルム型色素増感太陽電池の要となる酸化チタン電極の作製法に焦点を当てる。
【目次】
1. はじめに
2. 酸化チタンナノ粒子の塗布技術
(1) スキージー(Squidgie)法
(2) ドクターブレード(Doctor Blade)法
(3) スピンコート(Spin Coat)法
(4) スクリーン印刷(Screen Printing)法
(5) スプレー塗装(Spray Painting)法
(6) その他
3. フィルム型色素増感太陽電池に用いる酸化チタン電極の安定性
4. 酸化チタン電極のマイクロ波焼成技術
5. おわりに
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有機ラジカル電池:フレキシブル全有機蓄電デバイスへ向けて
Organic Radical Battery toward a Totally Polymer-based,Flexible Rechargeable Device
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須賀健雄(早稲田大学 理工学術院 応用化学専攻 研究助手)
西出宏之(早稲田大学 理工学術院 応用化学専攻 教授)
ニトロキシドラジカルをはじめとする安定かつ迅速な電子授受能を有する有機ラジカルを高密度に置換したラジカル高分子は,新しい有機電極活物質として二次電池に適用可能である。本稿では,p,n型酸化還元能を有するラジカル高分子を正・負極に適用した全有機二次電池の構成を述べる。優れた高出力特性(たとえば1分で充電可能)に加え,高分子材料ならではの成形加工性を生かし,薄型かつフレキシブルな全有機蓄電デバイスへの展開を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. ラジカルのp,n型酸化還元と全有機二次電池の構成
3. 高容量化に向けたラジカル高分子の設計
4. 電極の作り込みと電池の位置づけ
5. 将来展望
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光運動材料の構造と機能
Photomobile Polymer Materials
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中裕美子(東京工業大学 大学院 総合理工学研究科 化学環境学専攻 博士課程2年)
池田富樹(東京工業大学 資源化学研究所 所長;高分子材料部門 教授)
フォトクロミック分子の微小な構造変化から巨視的な変形を導くことができる光運動材料は,光駆動型アクチュエーターとしての応用が期待できることから,たいへん注目を集めている。本稿では,光により動く架橋アゾベンゼン液晶高分子の特性および,より実用的な光運動材料の開発をめざした最近の研究動向について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. アゾベンゼン高分子の光変形
3. 架橋アゾベンゼン液晶高分子の光運動特性
3.1 液晶分子による屈曲方向の制御
3.2 水素結合による架橋
3.3 架橋アゾベンゼン液晶高分子フィルムの回転運動
3.4 積層構造を有する架橋アゾベンゼン液晶高分子フィルムの光運動
4. 今後の光運動材料
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プラズモニックデバイスの研究動向
Trends of Plasmonic Device
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三ツ石方也(東北大学 多元物質科学研究所 准教授)
宮下徳治(東北大学 多元物質科学研究所 教授(副所長))
金属ナノ構造体を対象とするプラズモニクスは,次世代型光技術として物理,化学,バイオなど各分野において注目を浴びている。本稿では,フレキシブルデバイスのアクティブ素子として期待されるプラズモニックデバイスの現状と今後の展開について,最近の研究動向を中心に解説する。
【目次】
1. はじめに
2. 表面プラズモン
3. 表面プラズモンによるセンシング
4. 局在表面プラズモンによる増強効果
5. メタマテリアル
6. アクティブ素子としてのプラズモニックデバイス
7. おわりに
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有機論理素子
Organic Logic Device
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松井淳(東北大学 多元物質科学研究所 多元ナノ材料研究センター 助教)
有機材料を用いた論理素子に関して,筆者が中心に行っている高分子ナノシートを用いた光駆動型の論理素子に関する研究を中心に解説する。
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フレキシブルメモリー
Flexible Memory
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植村聖((独)産業技術総合研究所 光技術研究部門 研究員)
フレキシブル電子デバイスのアプリケーションにおいてメモリーは重要な機能であるため,低温溶液プロセスでプラスチック基板上に作製できる有機メモリーに期待が集まっている。ここでは強誘電性メモリーを中心に,有機メモリーに関する研究開発動向と産総研におけるプリンタブル・フレキシブルメモリーの研究開発例について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 有機メモリーデバイス
3. フレキシブル1T型強誘電体メモリー
4. ポリペプチド膜を用いたメモリーデバイス
5. 今後の展望
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高分子エレクトロクロミック素子
Polymer Electrochromic Devices
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青木純(名古屋工業大学 大学院 工学研究科 物質工学専攻 准教授)
導電性高分子を使った高分子エレクトロクロミック(EC)素子は,フレキシブルなフィルムエレクトロニクスデバイスとして期待できる。本稿では,正負両極に導電性高分子を用いることにより1V以下の低駆動電圧で動作する高分子EC素子について紹介する。また,異なる導電性高分子を正負両極に用いることにより,フルカラーEC素子をめざした多色化についても述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 正負両極にポリアニリンを用いたEC素子
3. 異なる導電性高分子を組み合わせたEC素子
4. おわりに
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界面化学結合型熱ナノインプリントリソグラフィー
Reactive-Monolayer-Assisted Thermal Nanoimprint Lithography
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中川勝(東北大学 多元物質科学研究所 教授)
筆者らが最近発表した光反応性単分子膜を特徴とする界面化学結合型熱ナノインプリントリソグラフィーによる熱可塑性高分子薄膜の成形と,ウェットエッチングによる金薄膜のナノ加工について紹介し,フィルムエレクトロニクスの実現に向けた課題をあげる。
【目次】
1. はじめに
2. TNILと金属薄膜微細加工の現状
3. 界面化学結合型熱ナノインプリントリソグラフィーと金薄膜のウェットエッチング加工
4. おわりに
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Material Report
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R&D
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高機能樹脂「Nichigo G-Polymer」―アモルファスビニルアルコール系樹脂―
High-performance Resin,Nichigo G-Polymer:Amorphous Vinyl Alcohol-based Resin
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渋谷光夫(日本合成化学工業(株) 新事業開発部 新規ポリマー開発グループ)
日本合成化学工業が開発した新規アモルファスビニルアルコール系樹脂「Nichigo G-Polymer」は,高透明性とともに従来のビニルアルコール系樹脂では実現できなかった延伸性と高ガスバリア性,低融点と高メルトテンション,低発泡性と高い乳化力,低結晶性と高い水素結合力など,相反する機能を兼ね備えている。またPVOHと同様の生分解性を有している。本稿では,本新規アモルファスビニルアルコール系樹脂の特徴を紹介する。
【目次】
1. 開発経緯と概要
2. 従来技術
3. 日本合成化学工業のビニルアルコール系樹脂機能化技術の変遷
4. 新規アモルファスビニルアルコール系樹脂
4.1 設計思想
4.2 特性
4.2.1 作業性に優れる水溶液挙動
4.2.2 良好な溶融成形性,成形加工性およびガスバリア性
4.2.3 乳化・分散剤性能
4.2.4 記録媒体への応用
(1) 高い表面光沢性,透明性
(2) 高い柔軟性
(3) 顔料を含む水分散液の高い消泡性
(4) 顔料を含む水分散液の高い粘度安定性
(5) その他
5. おわりに
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Market data
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ナノインプリント装置の市場動向
Market Trend on Nanoimprint Devices
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【目次】
1. 概要
2. 用途
3. 市場規模
4. 業界動向
5. 企業動向
(1) SCIVAX
(2) アイトリックス/ナノニクス
(3) 日立製作所
(4) 東芝機械
(5) 東洋合成工業
(6) 東京応化工業
(7) 大日本印刷
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