- 有機ELは「電気（エレクトロ）で有機物を光らせる（ルミネッセンス）」現象．素子としては OLED（Organic Light Emitting Diode）と呼ばれる
- 発光の原理は LED と同じで，マイナスの電子とプラスの正孔が合わさるときに光を出す．LED は無機物の半導体，有機ELは有機物の薄い膜を使う点がちがう
- 有機ELディスプレイは RGB の素子が自分で光るため，液晶ディスプレイに必要なバックライトと色フィルタが要らない
- その結果，黒がしっかり出る・自然な色・省電力・薄くて曲げられる・透明にできる，といった特徴をもつ
有機ELとは？
Definition 1 有機EL
- 電気を使った有機物の発光現象を指す言葉
- 「オルガニック・エレクトロ・ルミネッセンス（organic electro-luminescence）」の略語
- オルガニックは有機物（有機化合物）で，生物の体を作っている炭素が入った化合物のこと
- ルミネッセンスとは，ホタルやヒカリゴケなどの生物発光や夜光塗料のように，熱を出さずに光を出す現象のこと
- ルミネッセンスを電気のエネルギーで起こすのがエレクトロ・ルミネッセンス
「有機EL」は本来，現象の名前です．ディスプレイなどに使われる部品（素子）は，世界的には OLED（Organic Light Emitting Diode：有機発光ダイオード） と呼ばれます．名前に「ダイオード」が入っているとおり，身のまわりの LED（Light Emitting Diode：発光ダイオード）と非常によく似たしくみで光ります．
有機ELの仕組み
有機ELを理解するには，まず LED の光り方を押さえておくとわかりやすいです
- LED は，性質がことなる2種類の半導体を貼り合わせて，そのさかい目部分で光らせる技術
- n型半導体：電子（マイナス）をよぶんに持った状態の半導体
- p型半導体：電子が足りない状態，つまり 正孔（電子が抜けた穴．プラスの電気を持つように振る舞う）が多い半導体
電流を流すと，n型からは電子が，p型からは正孔が，それぞれ2つの半導体のさかい目（pn接合）に向かって移動します．さかい目で電子と正孔が出会って合わさると，そのときに余ったエネルギーが光として出てくる仕組みになっています．
- 有機ELは，電極と有機物の薄い膜を何層も重ねて，その真ん中の発光層で光らせる技術
- 陰極（−）側：電子を送り込み，電子輸送層が発光層まで運ぶ（LED の n型にあたる）
- 陽極（＋）側：正孔を送り込み，正孔輸送層が発光層まで運ぶ（LED の p型にあたる）
- LED の「さかい目」にあたるのが発光層で，ここで電子と正孔が出会って光る
有機ELは，次のような層が透明な基板（ガラスやプラスチックなどの薄い板）の上に積み重なった構造をしています
| 層 | 役割 |
|---|---|
| 陰極（−） | 電子を送り込む電極 |
| 電子輸送層 | 電子を発光層まで効率良く運ぶ有機物の層 |
| 発光層 | 電子と正孔が合わさって光る有機物の層 |
| 正孔輸送層 | 正孔を発光層まで効率良く運ぶ有機物の層 |
| 陽極（＋） | 正孔を送り込む電極．光を外に出すため透明な電極を使う |
| 透明基板 | 全体を支えるガラスやプラスチックの板 |
プラスとマイナスの電極に電源をつなぐと，陰極からは電子が，陽極からは正孔が送り込まれ，それぞれ輸送層を通って発光層に集まります．そして LED の半導体のさかい目と同じように，発光層で電子と正孔が合わさって光を出すという仕組みです．光は透明な陽極と基板を通って外に出てきます．
電子と正孔が合わさる（再結合する）と，発光層の有機物はエネルギーの高い「励起状態」になります．この状態は不安定なので，物質はすぐにもとの安定した「基底状態」に戻ろうとし，そのとき差分のエネルギーを光として放出します．
放出される光の色（波長）は，このエネルギー差，つまり材料となる物質によって決まります．そのため発光層に使う有機物の種類や，混ぜる物質を変えることで，赤・緑・青などさまざまな色の光を出すことができます．
LEDと有機ELの共通点と相違点
- いくつかの物質を重ねた構造であることや，電気エネルギーで熱をほとんど出さずに光を出すという点で，LED と有機ELはとてもよく似ています
- 大きくちがうのは材料で，LED が無機物の半導体の結晶を使うのに対し，有機ELは発光する部分などに有機物を使います．
有機ELの特徴
有機ELの素子は，それぞれが自分で光る（自発光） という性質があります．この性質と，有機物の薄い膜でできていることから，次のような特徴が生まれます．
| 特徴 | 理由 |
|---|---|
| 黒がしっかり出る | 素子を OFF にすると光がまったく出ず真っ暗になるため，コントラストの良い映像になる |
| 自然な色合い | 色ごとの素子が直接光るので，バックライトの色や明るさに左右されない |
| 省電力・シンプル | バックライトが要らず，部品が少なくてすむ |
| 薄い・曲げられる | 素子の厚さは1万分の数 mm 程度．基板をプラスチックにすれば曲げたり折りたたんだりできる |
| シースルーにできる | 電極を透明な物質（酸化インジウムスズ・酸化亜鉛・炭素の単分子膜など）で作れば，透けて見えるディスプレイになる |
こうした特徴を活かして，有機ELはテレビ，スマートフォン，カメラの電子ビューファインダー，駅や店のデジタルサイネージ（電子広告），折りたためる携帯ディスプレイなどに使われています．
有機ELディスプレイ vs 液晶ディスプレイ
- ディスプレイの1画素は，赤（R）・緑（G）・青（B）の3つの小さな点（サブ画素）でできており，3色の明るさの組み合わせでさまざまな色を表現する．
- 液晶ディスプレイと有機ELディスプレイのちがいは，この RGB の光をどうやって作るかにある．
液晶ディスプレイ：白い光を「絞って」「色づけ」する
液晶ディスプレイは，液晶そのものは光らず，後ろに置いたバックライト（白色光）の光を使い，次の手順で色を作ります．
- バックライトが白い光を出す
- 駆動回路で電圧をかけて液晶分子の向きを変え，通す光の量を調節する
- R・G・B のカラーフィルタを通して色をつける
- 3色の明るさの組み合わせで，1画素の色が決まる
各サブ画素は「液晶セル1つ＋フィルタ1つ」の組で，この組み合わせは固定されています．R・G・B の3組はそれぞれ独立に「通す／半分／遮る」を切り替えられ，その組み合わせで目に見える色が決まります．
液晶は光を完全には遮れないため，青を0にしたくても光が少し漏れてしまいます．その結果，画面を真っ黒にしたいときでも黒が浮いて見えてしまいます．また発色はバックライトの性能に左右され，バックライト・液晶・カラーフィルタを重ねるぶん厚みも出てしまいます．
有機ELディスプレイ：RGB の素子が「自分で光る」
- 有機ELディスプレイでは，赤・緑・青それぞれに光る有機物でできた素子が並んでおり，駆動回路が素子ごとに流す電流を調節
- 電流を大きくすれば明るく光り，0にすれば完全に消える
- 光らせたくない素子は電流を止めるだけで消えるので，光漏れがなく真っ黒を表現できます
- バックライトもカラーフィルタも不要で，構造がシンプルなぶん薄く・軽く・曲げられるディスプレイにできます
比較まとめ
| 観点 | 液晶ディスプレイ | 有機ELディスプレイ |
|---|---|---|
| 光源 | バックライト（白色光） | 素子そのものが光る（自発光） |
| 明るさの調節 | 電圧で液晶分子の向きを変え，通す光の量を調節する | 素子に流す電流の量を変える |
| 色の作り方 | 白い光にカラーフィルタを重ねる | 赤・緑・青に光る有機物を使い分ける |
| 黒の表現 | 光が少し漏れて黒が浮く | 素子 OFF で真っ黒．コントラストが高い |
| 色の自然さ | バックライトの性能に左右される | バックライトに左右されない |
| 構造・厚さ | バックライト＋液晶＋フィルタの重ね構造で厚い | 部品が少なく薄い．曲げたり透明にしたりできる |