推進(jìn)新一代有機(jī)EL照明的開(kāi)發(fā)

的確，有機(jī)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(duì)于后起之秀的有機(jī)EL照明而言，僅靠這些還不能克敵制勝。

要想實(shí)現(xiàn)躍進(jìn)，并不能止步不前，需要在進(jìn)一步提高發(fā)光效率和延長(zhǎng)壽命的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)充分發(fā)揮有機(jī)EL照明特有特點(diǎn)的產(chǎn)品。SID 2013上就有很多這種旨在實(shí)現(xiàn)進(jìn)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(jī)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(shí)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(dá)到了105lm/W，尺寸為56mm×42mm的柔性基板，發(fā)光效率達(dá)到了130.6lm/W。而且發(fā)光壽命均長(zhǎng)達(dá)幾十萬(wàn)小時(shí)。

犧牲顯色指數(shù)

不過(guò)，聆聽(tīng)演講的技術(shù)人員中也有人感到很失望，認(rèn)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(jī)EL照明根本沒(méi)法比”。

CRI的高低是決定有機(jī)EL照明能否產(chǎn)品化的重要指標(biāo)，這也是與有機(jī)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(biāo)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(shí)現(xiàn)”（某技術(shù)人員）。

之所以這樣說(shuō)是因?yàn)?，如果是接近單色的發(fā)光，因光提取元件的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)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(guò)以綠色單色發(fā)光實(shí)現(xiàn)210lm/W高發(fā)光效率的有機(jī)EL元件。

但也有技術(shù)人員對(duì)SEL等的發(fā)表給予了好評(píng)。其中頗受好評(píng)的一點(diǎn)是，在并非玻璃基板的大面積柔性基板上實(shí)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(jī)EL元件大多都只有幾mm見(jiàn)方。在名為“開(kāi)發(fā)人員見(jiàn)面會(huì)”的試制品演示現(xiàn)場(chǎng)，由于用手觸摸該基板幾乎感覺(jué)不到熱，令很多技術(shù)人員發(fā)出了驚嘆聲。

開(kāi)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(kāi)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(guò)利用“激基復(fù)合物（Exciplex）”機(jī)制，首次確認(rèn)能獲得超過(guò)現(xiàn)有材料的高發(fā)光效率（圖4）。


圖4：在中長(zhǎng)波長(zhǎng)的發(fā)光方面開(kāi)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(dāng)?shù)目昭ㄟ\(yùn)輸材料使用，在主體材料和空穴運(yùn)輸材料間也會(huì)發(fā)生電子遷移的“激基復(fù)合物”現(xiàn)象，從而降低驅(qū)動(dòng)電壓。發(fā)光波長(zhǎng)偏向長(zhǎng)波長(zhǎng)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(jī)理或材料。以往的發(fā)光材料為了實(shí)現(xiàn)帶隙所需的值，需要在1個(gè)分子中進(jìn)行設(shè)計(jì)然后合成。而激基復(fù)合物可根據(jù)分子的組合設(shè)計(jì)帶隙、即發(fā)光波長(zhǎng)，所以引起了關(guān)注。

此次的開(kāi)發(fā)通過(guò)將此前空穴運(yùn)輸層使用的材料混入發(fā)光層，在空穴運(yùn)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(yùn)輸層作為一種催化劑發(fā)揮作用，驅(qū)動(dòng)元件的電壓降低，發(fā)光效率大幅提高。SEL稱“當(dāng)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(shí)現(xiàn)了非常高的發(fā)光效率。黃綠色發(fā)光材料相對(duì)于電流的130cd/A的發(fā)光效率與美國(guó)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(wú)法實(shí)現(xiàn)藍(lán)色發(fā)光
但該方法也有課題。那就是難以用于藍(lán)色發(fā)光材料。通過(guò)此次的方法獲得的發(fā)光波長(zhǎng)，要比空穴運(yùn)輸材料和發(fā)光層主體材料的固有發(fā)光波長(zhǎng)大幅偏向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)。這意味著，要想用此次的激基復(fù)合物實(shí)現(xiàn)藍(lán)色發(fā)光材料，原來(lái)的空穴運(yùn)輸材料和主體材料必須是能在波長(zhǎng)比所期望的藍(lán)色短的藍(lán)色或紫外范圍高效發(fā)光的材料。

SEL表示，“目前基本沒(méi)有能高效發(fā)光的藍(lán)色發(fā)光材料，因此激基復(fù)合物在藍(lán)色發(fā)光材料中的應(yīng)用尚無(wú)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?yàn)槲茨塬@得高效發(fā)光的藍(lán)色發(fā)光材料。藍(lán)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(kāi)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(jī)EL照明用發(fā)光材料的發(fā)表。其中最受關(guān)注的，是通過(guò)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(guó)奧格斯堡大學(xué)和出光興產(chǎn)等以相關(guān)主題進(jìn)行了發(fā)表。該研究主題才剛剛實(shí)施5年左右，不過(guò)，有望成為一大技術(shù)趨勢(shì)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(lái)在九州大學(xué)安達(dá)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(jī)EL元件中，發(fā)光層的分子方向是隨機(jī)的，分子發(fā)出的光的方向也是隨機(jī)的。這種情況下，發(fā)光層垂直方向發(fā)出的光可能會(huì)直接到達(dá)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(jìn)行全反射，很難到達(dá)元件外部。最近數(shù)年，通過(guò)改進(jìn)元件構(gòu)造和折射率將這種光提取到元件外部的研究開(kāi)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(jì)平面形狀而非球狀的發(fā)光分子，并使分子配向一致來(lái)形成發(fā)光層的方法。出光興產(chǎn)在藍(lán)色發(fā)光材料中嘗試了這種方法，確認(rèn)光提取效率會(huì)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(jìn)元件構(gòu)造和控制折射率就能最大提高46％。

開(kāi)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(jī)EL照明的應(yīng)用范圍也會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。雖然分子水平的控制技術(shù)才剛要展開(kāi)開(kāi)發(fā)，不過(guò)已經(jīng)有廠商用其他方法使有機(jī)EL面板發(fā)出的光朝向同一個(gè)方向，成功開(kāi)發(fā)出了透明面板。比如東芝等（圖6）。 [!--empirenews.page--]


圖6：透明時(shí)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(jī)構(gòu)各自開(kāi)發(fā)的、在滅燈時(shí)為透明狀，而發(fā)光時(shí)僅單面發(fā)光的有機(jī)EL面板的概要。發(fā)光時(shí)從陰極看面板也是透明的，可以看到面板對(duì)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(jī)EL照明面板實(shí)現(xiàn)實(shí)用化還存在幾個(gè)課題。比如，陰極和陽(yáng)極都利用透明電極的普通透明有機(jī)EL照明面板如果用于窗戶，由于面板兩側(cè)都會(huì)發(fā)光，因此不僅是房間內(nèi)，房間外也會(huì)被照亮。

另外，發(fā)光時(shí)看不到面板的對(duì)面?zhèn)?，好不容易?shí)現(xiàn)的透明也失去了一半的價(jià)值。

此次，東芝開(kāi)發(fā)出了“透過(guò)型單面發(fā)光有機(jī)EL面板”，通過(guò)只在普通有機(jī)EL的陰極形成條紋同時(shí)解決了這兩個(gè)課題。有機(jī)EL元件中有陰極的部分只向陽(yáng)極方向發(fā)光。而沒(méi)有陰極的部分向任何一個(gè)方向都發(fā)光，因此從面板的陰極側(cè)來(lái)看，亮燈時(shí)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(jiǎn)單”（東芝）。

有望用于更廣泛領(lǐng)域
東芝計(jì)劃在不久的將來(lái)使該透過(guò)型單面發(fā)光面板實(shí)現(xiàn)實(shí)用化，有望用于與普通有機(jī)EL面板和透明有機(jī)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(gè)放大鏡均勻照射想觀察的物體的同時(shí)，進(jìn)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(shí)幾乎不會(huì)阻擋視線，因此一點(diǎn)也不顯眼，夜晚點(diǎn)燈時(shí)，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(bào)”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(jī)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(guò)，該機(jī)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》）