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
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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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