【有機EL新天地】（完）推進開發(fā)新一代有機EL照明
[導(dǎo)讀]推進新一代有機EL照明的開發(fā)
的確，有機EL照明的發(fā)光效率和壽命等基本性能已經(jīng)接近現(xiàn)有LED照明器具。但對于后起之秀的有機EL照明而言，僅靠這些還不能克敵制勝。
要想實現(xiàn)躍進，并不能止步不前，需要在進一
推進新一代有機EL照明的開發(fā)
的確，有機EL照明的發(fā)光效率和壽命等基本性能已經(jīng)接近現(xiàn)有LED照明器具。但對于后起之秀的有機EL照明而言，僅靠這些還不能克敵制勝。
要想實現(xiàn)躍進，并不能止步不前，需要在進一步提高發(fā)光效率和延長壽命的基礎(chǔ)上，開發(fā)充分發(fā)揮有機EL照明特有特點的產(chǎn)品。SID 2013上就有很多這種旨在實現(xiàn)進一步飛躍的研究發(fā)表。
比如，SEL與夏普，以及上述AFD Inc.與SEL的有機EL照明相關(guān)研究發(fā)表就備受參與者關(guān)注。原因之一是，SEL等實現(xiàn)了非常高的發(fā)光效率，面積為8100mm2的面板，發(fā)光效率達到了105lm/W，尺寸為56mm×42mm的柔性基板，發(fā)光效率達到了130.6lm/W。而且發(fā)光壽命均長達幾十萬小時。
犧牲顯色指數(shù)
不過，聆聽演講的技術(shù)人員中也有人感到很失望，認為“發(fā)光色基本是黃色，演色指數(shù)（CRI）也很低。與其他白色發(fā)光的有機EL照明根本沒法比”。
CRI的高低是決定有機EL照明能否產(chǎn)品化的重要指標，這也是與有機EL顯示器的要求條件最大的不同之一。顯示器的話，只需注意RGB三色的色坐標即可，而在照明用途，RGB各色的光譜形狀左右著CRI的值。
關(guān)于高發(fā)光效率，也有人批判稱，“要是CRI那么低都行，我們也能實現(xiàn)”（某技術(shù)人員）。
之所以這樣說是因為，如果是接近單色的發(fā)光，因光提取元件的設(shè)計較為簡單等，提高發(fā)光效率并不難。2009年，日本金澤工業(yè)大學(xué)工學(xué)部電子信息通信工學(xué)科教授三上明義的研發(fā)小組曾試制過以綠色單色發(fā)光實現(xiàn)210lm/W高發(fā)光效率的有機EL元件。
但也有技術(shù)人員對SEL等的發(fā)表給予了好評。其中頗受好評的一點是，在并非玻璃基板的大面積柔性基板上實現(xiàn)了非常高的發(fā)光效率。以往的單色發(fā)光高效率有機EL元件大多都只有幾mm見方。在名為“開發(fā)人員見面會”的試制品演示現(xiàn)場，由于用手觸摸該基板幾乎感覺不到熱，令很多技術(shù)人員發(fā)出了驚嘆聲。
開發(fā)發(fā)光材料的制作方法
此次，SEL等的演講中最重要的并非試制面板和基板作為照明產(chǎn)品的完成度，而是開發(fā)出了具備高發(fā)光效率的新發(fā)光材料及其制作方法。比如，通過利用“激基復(fù)合物（Exciplex）”機制，首次確認能獲得超過現(xiàn)有材料的高發(fā)光效率（圖4）。
圖4：在中長波長的發(fā)光方面開發(fā)出高效率材料群
本圖為SEL、夏普、AFD Inc.發(fā)布的新高效率發(fā)光元件的構(gòu)成。即使是HOMO較深的主體材料，如果混合適當?shù)目昭ㄟ\輸材料使用，在主體材料和空穴運輸材料間也會發(fā)生電子遷移的“激基復(fù)合物”現(xiàn)象，從而降低驅(qū)動電壓。發(fā)光波長偏向長波長側(cè)。
激基復(fù)合物是指，根據(jù)不同分子間的電子遷移的發(fā)光機理或材料。以往的發(fā)光材料為了實現(xiàn)帶隙所需的值，需要在1個分子中進行設(shè)計然后合成。而激基復(fù)合物可根據(jù)分子的組合設(shè)計帶隙、即發(fā)光波長，所以引起了關(guān)注。
此次的開發(fā)通過將此前空穴運輸層使用的材料混入發(fā)光層，在空穴運輸層和發(fā)光層的主體材料間形成了激基復(fù)合物。因此，空穴運輸層作為一種催化劑發(fā)揮作用，驅(qū)動元件的電壓降低，發(fā)光效率大幅提高。SEL稱“當初是偶然發(fā)現(xiàn)的”。
SEL等還宣布，利用該方法制作的紅色發(fā)光材料和黃綠色發(fā)光材料實現(xiàn)了非常高的發(fā)光效率。黃綠色發(fā)光材料相對于電流的130cd/A的發(fā)光效率與美國環(huán)宇顯示技術(shù)（UDC）提供的綠色發(fā)光中發(fā)光效率最高的磷光材料相匹敵。
無法實現(xiàn)藍色發(fā)光
但該方法也有課題。那就是難以用于藍色發(fā)光材料。通過此次的方法獲得的發(fā)光波長，要比空穴運輸材料和發(fā)光層主體材料的固有發(fā)光波長大幅偏向長波長側(cè)。這意味著，要想用此次的激基復(fù)合物實現(xiàn)藍色發(fā)光材料，原來的空穴運輸材料和主體材料必須是能在波長比所期望的藍色短的藍色或紫外范圍高效發(fā)光的材料。
SEL表示，“目前基本沒有能高效發(fā)光的藍色發(fā)光材料，因此激基復(fù)合物在藍色發(fā)光材料中的應(yīng)用尚無眉目”。
此次，SEL等的面板和基板的發(fā)光色為黃色，而且CRI值較低也是因為未能獲得高效發(fā)光的藍色發(fā)光材料。藍色發(fā)光材料在照明用途可能也只能寄希望于TADF（熱活性延遲螢光）材料。
開始挑戰(zhàn)控制發(fā)光方向
除此之外，SID 2013上還有很多關(guān)于新一代有機EL照明用發(fā)光材料的發(fā)表。其中最受關(guān)注的，是通過選擇發(fā)光材料的形狀和配向有望大幅提高光提取效率的研究（圖5）。由德國奧格斯堡大學(xué)和出光興產(chǎn)等以相關(guān)主題進行了發(fā)表。該研究主題才剛剛實施5年左右，不過，有望成為一大技術(shù)趨勢注2）。
圖5：發(fā)光分子的朝向控制受到關(guān)注
本圖為在提高光提取效率方面?zhèn)涫荜P(guān)注的、控制發(fā)光材料的分子形狀和朝向的方法。平坦的分子在薄膜中容易使朝向一致，因此發(fā)出的光的方向也一致。
注2）最先著手該研究的人是原來在九州大學(xué)安達千波矢研究室、現(xiàn)在在山形大學(xué)理工學(xué)研究科任副教授的橫山大輔。
在一般的有機EL元件中，發(fā)光層的分子方向是隨機的，分子發(fā)出的光的方向也是隨機的。這種情況下，發(fā)光層垂直方向發(fā)出的光可能會直接到達元件外部，與發(fā)光層幾乎平行的方向發(fā)出的光像彈球一樣在各層的界面反復(fù)進行全反射，很難到達元件外部。最近數(shù)年，通過改進元件構(gòu)造和折射率將這種光提取到元件外部的研究開發(fā)一直在繼續(xù)。
另外，如果能控制發(fā)光分子的形狀和配向，使分子發(fā)出的光的朝向最初就與發(fā)光層垂直，就有望大幅提高光提取效率。
具體而言，采用了設(shè)計平面形狀而非球狀的發(fā)光分子，并使分子配向一致來形成發(fā)光層的方法。出光興產(chǎn)在藍色發(fā)光材料中嘗試了這種方法，確認光提取效率會因分子的形狀和配向而大幅改變。另外，奧格斯堡大學(xué)宣布，理論上，光提取效率不用改進元件構(gòu)造和控制折射率就能最大提高46％。
開發(fā)單面發(fā)光的透明面板
如果能自由控制光的提取方向，不但能提高發(fā)光效率，有機EL照明的應(yīng)用范圍也會進一步擴大。雖然分子水平的控制技術(shù)才剛要展開開發(fā)，不過已經(jīng)有廠商用其他方法使有機EL面板發(fā)出的光朝向同一個方向，成功開發(fā)出了透明面板。比如東芝等（圖6）。 [!--empirenews.page--]
圖6：透明時也能控制光的方向
本圖為東芝和山形縣產(chǎn)業(yè)技術(shù)振興機構(gòu)各自開發(fā)的、在滅燈時為透明狀，而發(fā)光時僅單面發(fā)光的有機EL面板的概要。發(fā)光時從陰極看面板也是透明的，可以看到面板對面被照亮的樣子。（（e～f）由東芝拍攝）
東芝指出，以往的透明有機EL照明面板實現(xiàn)實用化還存在幾個課題。比如，陰極和陽極都利用透明電極的普通透明有機EL照明面板如果用于窗戶，由于面板兩側(cè)都會發(fā)光，因此不僅是房間內(nèi)，房間外也會被照亮。
另外，發(fā)光時看不到面板的對面?zhèn)?，好不容易實現(xiàn)的透明也失去了一半的價值。
此次，東芝開發(fā)出了“透過型單面發(fā)光有機EL面板”，通過只在普通有機EL的陰極形成條紋同時解決了這兩個課題。有機EL元件中有陰極的部分只向陽極方向發(fā)光。而沒有陰極的部分向任何一個方向都發(fā)光，因此從面板的陰極側(cè)來看，亮燈時也是透明的。
陰極的寬度為100μm，以500μm的間距配置?！袄谜翦兗夹g(shù)采用金屬掩模制作，并不簡單”（東芝）。
有望用于更廣泛領(lǐng)域
東芝計劃在不久的將來使該透過型單面發(fā)光面板實現(xiàn)實用化，有望用于與普通有機EL面板和透明有機EL面板不同的用途。比如，一邊用面板照射物體，一邊從面板后面觀察該物體的用途等。
如果在放大鏡上安裝該面板，可在用一個放大鏡均勻照射想觀察的物體的同時，進行放大觀察。另外，如果安裝到櫥窗和水槽的透明面板上，滅燈時幾乎不會阻擋視線，因此一點也不顯眼，夜晚點燈時，看不到光源就可以均勻照射展品。如果不用于照明用途，將發(fā)光面朝向窗戶外側(cè)，還可以代替窗簾使用。
東芝已經(jīng)試制出了“發(fā)光海報”以及使眼鏡鏡片發(fā)光的“發(fā)光眼鏡”。還考慮用于牙齒治療，或用于水槽和陳列櫥等。
日本山形縣產(chǎn)業(yè)技術(shù)振興機構(gòu)也發(fā)現(xiàn)了這方面的用途，制作出了近拍用照明面板。不過，該機構(gòu)的陰極為格子狀，而且是以毫米為單位形成間距，因此陰極非常醒目。（全文完，記者：野澤哲生，《日經(jīng)電子》）
的確，有機EL照明的發(fā)光效率和壽命等基本性能已經(jīng)接近現(xiàn)有LED照明器具。但對于后起之秀的有機EL照明而言，僅靠這些還不能克敵制勝。
要想實現(xiàn)躍進，并不能止步不前，需要在進一步提高發(fā)光效率和延長壽命的基礎(chǔ)上，開發(fā)充分發(fā)揮有機EL照明特有特點的產(chǎn)品。SID 2013上就有很多這種旨在實現(xiàn)進一步飛躍的研究發(fā)表。
比如，SEL與夏普，以及上述AFD Inc.與SEL的有機EL照明相關(guān)研究發(fā)表就備受參與者關(guān)注。原因之一是，SEL等實現(xiàn)了非常高的發(fā)光效率，面積為8100mm2的面板，發(fā)光效率達到了105lm/W，尺寸為56mm×42mm的柔性基板，發(fā)光效率達到了130.6lm/W。而且發(fā)光壽命均長達幾十萬小時。
犧牲顯色指數(shù)
不過，聆聽演講的技術(shù)人員中也有人感到很失望，認為“發(fā)光色基本是黃色，演色指數(shù)（CRI）也很低。與其他白色發(fā)光的有機EL照明根本沒法比”。
CRI的高低是決定有機EL照明能否產(chǎn)品化的重要指標，這也是與有機EL顯示器的要求條件最大的不同之一。顯示器的話，只需注意RGB三色的色坐標即可，而在照明用途，RGB各色的光譜形狀左右著CRI的值。
關(guān)于高發(fā)光效率，也有人批判稱，“要是CRI那么低都行，我們也能實現(xiàn)”（某技術(shù)人員）。
之所以這樣說是因為，如果是接近單色的發(fā)光，因光提取元件的設(shè)計較為簡單等，提高發(fā)光效率并不難。2009年，日本金澤工業(yè)大學(xué)工學(xué)部電子信息通信工學(xué)科教授三上明義的研發(fā)小組曾試制過以綠色單色發(fā)光實現(xiàn)210lm/W高發(fā)光效率的有機EL元件。
但也有技術(shù)人員對SEL等的發(fā)表給予了好評。其中頗受好評的一點是，在并非玻璃基板的大面積柔性基板上實現(xiàn)了非常高的發(fā)光效率。以往的單色發(fā)光高效率有機EL元件大多都只有幾mm見方。在名為“開發(fā)人員見面會”的試制品演示現(xiàn)場，由于用手觸摸該基板幾乎感覺不到熱，令很多技術(shù)人員發(fā)出了驚嘆聲。
開發(fā)發(fā)光材料的制作方法
此次，SEL等的演講中最重要的并非試制面板和基板作為照明產(chǎn)品的完成度，而是開發(fā)出了具備高發(fā)光效率的新發(fā)光材料及其制作方法。比如，通過利用“激基復(fù)合物（Exciplex）”機制，首次確認能獲得超過現(xiàn)有材料的高發(fā)光效率（圖4）。
圖4：在中長波長的發(fā)光方面開發(fā)出高效率材料群
本圖為SEL、夏普、AFD Inc.發(fā)布的新高效率發(fā)光元件的構(gòu)成。即使是HOMO較深的主體材料，如果混合適當?shù)目昭ㄟ\輸材料使用，在主體材料和空穴運輸材料間也會發(fā)生電子遷移的“激基復(fù)合物”現(xiàn)象，從而降低驅(qū)動電壓。發(fā)光波長偏向長波長側(cè)。
激基復(fù)合物是指，根據(jù)不同分子間的電子遷移的發(fā)光機理或材料。以往的發(fā)光材料為了實現(xiàn)帶隙所需的值，需要在1個分子中進行設(shè)計然后合成。而激基復(fù)合物可根據(jù)分子的組合設(shè)計帶隙、即發(fā)光波長，所以引起了關(guān)注。
此次的開發(fā)通過將此前空穴運輸層使用的材料混入發(fā)光層，在空穴運輸層和發(fā)光層的主體材料間形成了激基復(fù)合物。因此，空穴運輸層作為一種催化劑發(fā)揮作用，驅(qū)動元件的電壓降低，發(fā)光效率大幅提高。SEL稱“當初是偶然發(fā)現(xiàn)的”。
SEL等還宣布，利用該方法制作的紅色發(fā)光材料和黃綠色發(fā)光材料實現(xiàn)了非常高的發(fā)光效率。黃綠色發(fā)光材料相對于電流的130cd/A的發(fā)光效率與美國環(huán)宇顯示技術(shù)（UDC）提供的綠色發(fā)光中發(fā)光效率最高的磷光材料相匹敵。
無法實現(xiàn)藍色發(fā)光
但該方法也有課題。那就是難以用于藍色發(fā)光材料。通過此次的方法獲得的發(fā)光波長，要比空穴運輸材料和發(fā)光層主體材料的固有發(fā)光波長大幅偏向長波長側(cè)。這意味著，要想用此次的激基復(fù)合物實現(xiàn)藍色發(fā)光材料，原來的空穴運輸材料和主體材料必須是能在波長比所期望的藍色短的藍色或紫外范圍高效發(fā)光的材料。
SEL表示，“目前基本沒有能高效發(fā)光的藍色發(fā)光材料，因此激基復(fù)合物在藍色發(fā)光材料中的應(yīng)用尚無眉目”。
此次，SEL等的面板和基板的發(fā)光色為黃色，而且CRI值較低也是因為未能獲得高效發(fā)光的藍色發(fā)光材料。藍色發(fā)光材料在照明用途可能也只能寄希望于TADF（熱活性延遲螢光）材料。
開始挑戰(zhàn)控制發(fā)光方向
除此之外，SID 2013上還有很多關(guān)于新一代有機EL照明用發(fā)光材料的發(fā)表。其中最受關(guān)注的，是通過選擇發(fā)光材料的形狀和配向有望大幅提高光提取效率的研究（圖5）。由德國奧格斯堡大學(xué)和出光興產(chǎn)等以相關(guān)主題進行了發(fā)表。該研究主題才剛剛實施5年左右，不過，有望成為一大技術(shù)趨勢注2）。
圖5：發(fā)光分子的朝向控制受到關(guān)注
本圖為在提高光提取效率方面?zhèn)涫荜P(guān)注的、控制發(fā)光材料的分子形狀和朝向的方法。平坦的分子在薄膜中容易使朝向一致，因此發(fā)出的光的方向也一致。
注2）最先著手該研究的人是原來在九州大學(xué)安達千波矢研究室、現(xiàn)在在山形大學(xué)理工學(xué)研究科任副教授的橫山大輔。
在一般的有機EL元件中，發(fā)光層的分子方向是隨機的，分子發(fā)出的光的方向也是隨機的。這種情況下，發(fā)光層垂直方向發(fā)出的光可能會直接到達元件外部，與發(fā)光層幾乎平行的方向發(fā)出的光像彈球一樣在各層的界面反復(fù)進行全反射，很難到達元件外部。最近數(shù)年，通過改進元件構(gòu)造和折射率將這種光提取到元件外部的研究開發(fā)一直在繼續(xù)。
另外，如果能控制發(fā)光分子的形狀和配向，使分子發(fā)出的光的朝向最初就與發(fā)光層垂直，就有望大幅提高光提取效率。
具體而言，采用了設(shè)計平面形狀而非球狀的發(fā)光分子，并使分子配向一致來形成發(fā)光層的方法。出光興產(chǎn)在藍色發(fā)光材料中嘗試了這種方法，確認光提取效率會因分子的形狀和配向而大幅改變。另外，奧格斯堡大學(xué)宣布，理論上，光提取效率不用改進元件構(gòu)造和控制折射率就能最大提高46％。
開發(fā)單面發(fā)光的透明面板
如果能自由控制光的提取方向，不但能提高發(fā)光效率，有機EL照明的應(yīng)用范圍也會進一步擴大。雖然分子水平的控制技術(shù)才剛要展開開發(fā)，不過已經(jīng)有廠商用其他方法使有機EL面板發(fā)出的光朝向同一個方向，成功開發(fā)出了透明面板。比如東芝等（圖6）。 [!--empirenews.page--]
圖6：透明時也能控制光的方向
本圖為東芝和山形縣產(chǎn)業(yè)技術(shù)振興機構(gòu)各自開發(fā)的、在滅燈時為透明狀，而發(fā)光時僅單面發(fā)光的有機EL面板的概要。發(fā)光時從陰極看面板也是透明的，可以看到面板對面被照亮的樣子。（（e～f）由東芝拍攝）
東芝指出，以往的透明有機EL照明面板實現(xiàn)實用化還存在幾個課題。比如，陰極和陽極都利用透明電極的普通透明有機EL照明面板如果用于窗戶，由于面板兩側(cè)都會發(fā)光，因此不僅是房間內(nèi)，房間外也會被照亮。
另外，發(fā)光時看不到面板的對面?zhèn)?，好不容易實現(xiàn)的透明也失去了一半的價值。
此次，東芝開發(fā)出了“透過型單面發(fā)光有機EL面板”，通過只在普通有機EL的陰極形成條紋同時解決了這兩個課題。有機EL元件中有陰極的部分只向陽極方向發(fā)光。而沒有陰極的部分向任何一個方向都發(fā)光，因此從面板的陰極側(cè)來看，亮燈時也是透明的。
陰極的寬度為100μm，以500μm的間距配置?！袄谜翦兗夹g(shù)采用金屬掩模制作，并不簡單”（東芝）。
有望用于更廣泛領(lǐng)域
東芝計劃在不久的將來使該透過型單面發(fā)光面板實現(xiàn)實用化，有望用于與普通有機EL面板和透明有機EL面板不同的用途。比如，一邊用面板照射物體，一邊從面板后面觀察該物體的用途等。
如果在放大鏡上安裝該面板，可在用一個放大鏡均勻照射想觀察的物體的同時，進行放大觀察。另外，如果安裝到櫥窗和水槽的透明面板上，滅燈時幾乎不會阻擋視線，因此一點也不顯眼，夜晚點燈時，看不到光源就可以均勻照射展品。如果不用于照明用途，將發(fā)光面朝向窗戶外側(cè)，還可以代替窗簾使用。
東芝已經(jīng)試制出了“發(fā)光海報”以及使眼鏡鏡片發(fā)光的“發(fā)光眼鏡”。還考慮用于牙齒治療，或用于水槽和陳列櫥等。
日本山形縣產(chǎn)業(yè)技術(shù)振興機構(gòu)也發(fā)現(xiàn)了這方面的用途，制作出了近拍用照明面板。不過，該機構(gòu)的陰極為格子狀，而且是以毫米為單位形成間距，因此陰極非常醒目。（全文完，記者：野澤哲生，《日經(jīng)電子》）
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