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有机EL照明起飞在即(二)发光效率超过LED  

2013-04-10 18:50:30|  分类: 科学技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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发光效率超过LED 

  继100lm/W的发光效率之后,实现约130lm/W成了各厂商的下一个目标。因为这是“普通荧光灯约2倍的发光效率”(新能源产业技术综合开发机构(NEDO),同时其灯具效率与LED照明相当。 

  然而,130lm/W也不是终点。有机EL照明的发光效率还会进一步提高,以灯具效率来比较,预计在所有照明技术中有机EL照明将会是发光效率最高的技术。原美国伊士曼柯达公司的技术人员、现为南京第壹有机光电公司(First O-Lite)创始人兼首席技术官的田元生(Yuan-Sheng Tyan)指出,“白色有机EL发光效率的理论极限为248lm/W,与白色LED光源的260lm/W相近”。就是说,在灯具效率上,有机EL照明可能是最高的。 

  实际发光效率也有望接近200lm/W。IHS Electronics&Media公司预测,2019年200lm/W的有机EL照明面板将面世。美国能源部(DOE)也把190lm/W定为有机EL照明技术开发的最终目标。有机EL材料厂商美国环宇显示技术(UDC)虽然没有提及具体的实现时间,但表示,“作为有机EL照明的发光效率,180lm/W是比较现实的目标”。 

效率提高接连取得突破 

  目标定得很高,但目前供货的有机EL照明面板的发光效率尚未达到。即便从全球来看,最高值也只是LG化学的60lm/W。日本国内产品中,柯尼卡美能达控股的面板“Symfos”的45lm/W为最高值,其他产品大多只有30lm/W左右。 

  产品之所以与今后的目标值有巨大差距,是因为最近取得了突破,能使发光效率飞跃性提高(图5)。尤其是以下3点取得了巨大进展:(1)提高从光提取层的光提取效率、(2)通过抑制表面等离子体共振*而提高光提取效率、(3)提高蓝色发光材料的效率。 

图5:发光效率的提高取得几项突破
提高发光效率有很多因素,其中的焦点是(1)提高光提取效率;(2)减少表面等离子体损失和导波模式的光;(3)提高蓝色发光材料的内部量子效率,实际上的技术革新正在推进。

*表面等离子体共振(SPR)=光与金属表面的电子结合,在类似于声波的纵波模式下共振的现象。 

  (1)和(2)的光提取效率,是指有机EL元件内部产生的光子中,可以提取到元件外部的光子比例。没有在这一点上下功夫的元件,所发的光中只有约20%可提取到外部。剩余约80%以热等形式散失。因此,光提取效率的提高是提高有机EL照明发光效率上的重要课题。 

  在光提取效率的提高上,日本金泽工业大学教授三上明义2009年发布了重要技术。主要内容是,如果在元件表面设置由折射率高达2左右的玻璃层和微透镜阵列组成的光提取层,就可以取得很好的效果。但高折射率玻璃存在价格高的大课题。 

  2012年,松下着眼于价格远远低于高折射率玻璃的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)树脂折射率高达1.7~1.8的特点。并且还在SID 2012上发布,在PEN薄膜表面设置的微透镜阵列与玻璃基板之间加入空气可大幅提高光提取效率(图6)。 

图6:通过改进元件表面侧将光提取效率提高至约2倍
松下通过在有机EL元件的表面一侧采用PEN薄膜将光提取效率提高到了约2倍,1cm见方元件的发光效率实现了101lm/W(a)。旭硝子通过在高折射率玻璃中添加陶瓷粒子使光散射,将光提取效率提高到2.1倍,同时还降低了对波长的依赖性。(图和照片:a由松下,b由旭硝子提供)

  利用该技术,光提取效率提高到了原来约2倍的42%。发光面积25cm2的有机EL照明面板的发光效率达到87lm/W,1cm2的有机EL元件达到101lm/W,作为发白色光而且薄型的元件,全球首次超过了100lm/W(图1(b))注3 )。“重点在于高折射率PEN与折射率为1的空气之间的巨大折射率差”(松下核心技术开发中心技术总监、大阪大学特聘教授菰田卓哉)。 

注3) 松下在本届SID 2012上还宣布,通过设置与LED相同的半球状光提取层,发光面积为4mm2的有机EL元件的光提取效率达到了62%以上,实现了高达142lm/W的发光效率。 

  旭硝子(AGC)也曾在SID 2009和SID 2012上宣布,以自主方法开发出了价格相对较低但具备高折射率和光散射功能的玻璃,提高了光提取效率。 

  2009年发布的是在玻璃中加入气泡使光散射的技术。而2012年发布的技术,是用直径约2μm的陶瓷粒子取代难以控制直径的气泡添加到玻璃中,从而大幅降低了散射效果对波长的依赖注4 )。 

注4) 旭硝子表示,在光散射用粒子的粒径小至数百nm时,可充分散射蓝色光的“瑞利散射”占主导,而在粒径为2μm左右时,对波长依赖性较小的“米氏散射”就会增强。 

  关于玻璃价格,旭硝子称“尚处于研究开发阶段,不便公开”,但可能会以一个战略性的价格设定开展业务。也有企业认为,“欧洲有几家有机EL元件厂商已经有意采用估计是旭硝子生产的、具有光散射效果的玻璃”(欧洲某玻璃厂商)。(未完待续 记者:野泽 哲生,《日经电子》)
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