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有机EL照明起飞在即(三)对元件的背面电极也加以大胆改造  

2013-04-10 18:52:43|  分类: 科学技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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对元件的背面电极也加以大胆改造 

  另一方面,金泽工业大学的三上指出,要想进一步提高光提取效率,光凭元件表面设置的光提取层是不够的(图7)。因为根据三上的模拟实验,元件内部产生的光子中,有约50%因表面等离子体共振而丧失。这种现象是在元件发光面的反面电极(阴极)表面发生的。 

图7:通过控制表面等离子体将发光效率提高到2倍以上
据金泽工业大学教授三上介绍,没有对光提取做改进的有机EL元件内部产生的光有约50%以表面等离子体损失消失。三上等人发现了对金属电极采用薄电极和反射层等多级构造,可大幅降低表面等离子体损失,从而提高发光效率的方法。(图由《日经电子》根据三上的资料制作)

  三上认为,积极设法抑制这种(表面等离子体)损失,有助于进一步提高光提取效率,因此大胆改变了阴极的构造。这就是“多阴极构造”。试制的既具备这种构造又具备元件表面光提取层的绿色发光有机EL元件,其表面等离子体损失由约50%大幅降至约10%,发光效率由85lm/W提高到了2倍以上的185lm/W。光提取效率约为47%,作为薄型元件是很高的值。 

  各厂商也开始针对元件阴极采取措施。例如,东芝在SID 2012上发布的发光效率为91lm/W的元件,没有在元件正面一侧设置特别的光提取层。而是将阴极材料由原来的铝(Al)换成了其他高反射率材料。“并不能说明效率的提高全靠反射率,表面等离子体损失的降低等或许也发挥了作用”(东芝)。 

蓝色材料的效率提高前景也光明 

  提高有机EL照明发光效率的第三个重点是蓝色发光材料的大幅改善。此前,蓝色发光材料与红色和绿色发光材料相比,在发光效率和发光寿命上的开发很迟缓。比如,尚没有具备足够“深度”和发光寿命的磷光发光蓝色材料。 

  光是深蓝色的话可以利用萤光材料,但萤光材料原理上的内部量子效率还不到25%。而磷光材料最大高达100%。蓝色发光只能使用萤光材料是进一步提高有机EL照明发光效率的巨大障碍。 

  最近,能打破这种界限的研究开发取得了进展。虽然尚未发现深蓝色磷光发光材料。但“推进了第3代发光材料的开发”(九州大学最尖端有机光电子研究中心教授安达千波矢的研发小组)(图8)。第1代为萤光材料,第2代为磷光材料,而新材料为第3代。 

图8:超过蓝色萤光材料的“极限”
图中所示为超越此前激子利用效率为25%的萤光材料极限的两种技术。TTA/TTF通过使3重态状态(T1)的2个激子碰撞交换能量,变成1重态状态(S1)激子有可能发光(a)。而TADF以热使T1的激子移向S1有可能发光。(图(a)由《日经电子》根据出光兴产的资料制作,(b)由《日经电子》根据安达研究室的资料制作。(b)摄影:安达研究室)


  不过,新材料实际上是萤光发光材料。与以往的不同在于,具备将此前以热等形式散失的能量用于萤光发光的机制。该机制主要有两种。 
  一种是九州大学安达的研发小组发现的“热活性型延迟萤光(TADF)”(图8)。从原理上来说,材料的内部发光效率可实现100%。截至目前已经确认实现了62%。最近还开发出了名为“pure blue”(安达研究室)的深蓝色TADF材料。 

  另一种是出光兴产和住友化学等正在开发的在萤光材料中发生称为“3重态-3重态消灭”(TTA)或“3重态-3重态融合”(TTF)现象的机制(图8)注5 )。不过,理论上材料的内部发光效率最大只有40%,与内部发光效率为100%的TADF有很大差距。出光兴产已经开发出效率接近理论极限的TTF材料,但表示“不会被理论束缚,还在为进一步提高效率而继续开发”(该公司电子材料部电子材料开发中心主任研究员熊均)。 

注5) 出光兴产称为TTF,住友化学称为TTA。同一种现象有两种名称是因为,以前在磷光发光材料中增加电流密度时,TTA是导致发光效率降低的因素。而在萤光材料中则是提高发光效率的因素,因此出光兴产认为“融合(fusion)比消灭(annihilation)更恰当”,所以命名为TTF。 

元件构造自主性的竞争 

  在有机EL照明技术上,除了改善光提取效率和发光材料外,也有一连串旨在提高发光效率和显色指数等的技术开发。比如,在元件构造和制造方法等的技术革新方面,各厂商的创意就是一个夺人眼球的领域。 

  说能将“发光单元做成10层”的,是风险企业ASON TECHNOLOGY代表董事社长中川幸和(图1(f)和图9(a))。该公司专务董事松本敏男因与山形大学教授城户淳二因开发了有机EL发光单元重叠起来的元件构造“MPE(multiple photon emission)”而闻名注6 )。在其他公司开始在量产面板中采用MPE技术的情况下,ASON TECHNOLOGY则计划以令MPE有进一步发展的自主技术为武器,2013年开始量产大型有机EL照明面板。(未完待续 记者:野泽 哲生,《日经电子》) 

图9:各公司在元件构造和制造工艺上也发挥自主性
ASON TECHNOLOGY、KONICA MINOLTA ADVANCED LAYERS、住友化学、三菱化学和先锋、昭和电工各自的元件构造和特点。((e):昭和电工)


注6) 将发光单元做成多层的好处是,容易实现高亮度和长寿命以及可大幅改善发光的均匀性。层数增加后,各层的厚度不均在元件整体可以抵消,从而可提高发光的均匀性。 
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