用有機EL融合電視機、照明和智能手機

　　日本山形大學(xué)研究生院理工學(xué)研究科有機器件工程專(zhuān)業(yè)的教授城戶(hù)淳二于2014年7月11日在“探討有機電子發(fā)展方向”研討會(huì )上，介紹了城戶(hù)研究小組取得的研究成果和現在正在研發(fā)的內容。

　　城戶(hù)教授1993年在全世界第一個(gè)開(kāi)發(fā)出了白色有機EL元件(1995年3月在學(xué)術(shù)期刊《Science》上發(fā)表了論文)。后來(lái)還開(kāi)發(fā)出了通過(guò)層疊發(fā)光單元、在保持發(fā)光壽命的同時(shí)提高了亮度的“多光子發(fā)光(Multi-PhotonEmission,MPE)”技術(shù)，以及材料利用效率高的蒸鍍法“熱壁蒸鍍”等。因為這些成果，城戶(hù)教授在2013年秋季獲得了日本紫綬褒章。

　　現在，城戶(hù)教授正在為了實(shí)現發(fā)光效率達到200lm/W的有機EL元件而開(kāi)展研發(fā)。在為幾項關(guān)鍵技術(shù)設定的目標中，目前尤其重視的是降低元件的驅動(dòng)電壓。

　　降低驅動(dòng)電壓意味著(zhù)降低材料界面上的損耗。另外，低電壓驅動(dòng)對應用于可穿戴終端等也至關(guān)重要。城戶(hù)表示：“希望通過(guò)降低電壓，實(shí)現干電池驅動(dòng)有機EL發(fā)光”。

　　在低于帶隙的驅動(dòng)電壓下發(fā)光

　　降低驅動(dòng)電壓的關(guān)鍵是優(yōu)化元件結構，尤其是要優(yōu)化陰極材料及電子注入層(EIL)材料。最近，城戶(hù)研究組通過(guò)這些優(yōu)化，大幅降低了有機EL元件的驅動(dòng)電壓，使有機EL元件在低于發(fā)光材料帶隙的微小電壓下也能發(fā)光。比如，采用發(fā)光波長(cháng)為523nm、帶隙為2.38eV的發(fā)光材料制成的有機EL元件可在1.97V的驅動(dòng)電壓下發(fā)光(亮度為1cd/m2時(shí))。有人指出這種現象不符合理論，而城戶(hù)教授毫不介意，表示“理論是用來(lái)解釋新現象的”。

　　關(guān)于這種驅動(dòng)電壓比帶隙低也能發(fā)光的現象，與城戶(hù)教授一同領(lǐng)導研究室的山形大學(xué)有機電子研究中心研究生院理工學(xué)研究科的助教笹部久宏表示，“現在有人提出了這樣一種假設：隨著(zhù)電荷在元件中的界面上的累積，電荷中形成了能量分布(玻爾茲曼分布)，其中高能量電荷為發(fā)光作出了貢獻”。

　　利用“全涂布”技術(shù)制作多層有機EL元件

　　除了提高元件發(fā)光效率的研究外，城戶(hù)教授還在研究具有革新性的制造技術(shù)，具體來(lái)說(shuō)就是“全涂布”技術(shù)。

　　雖然利用涂布技術(shù)制作有機EL元件的實(shí)例已有不少，但城戶(hù)等人要開(kāi)發(fā)的是通過(guò)全涂布工藝來(lái)制作MPE元件的技術(shù)。在有機EL元件中，MPE元件的構成層數較多。以?xún)杉塎PE元件來(lái)說(shuō)，包括陰極在內，需要在ITO基板上形成的層約有10層?！巴耆酝坎挤ㄖ谱麟m然很難，但最終實(shí)現了”(城戶(hù))。

　　實(shí)際推進(jìn)這項研發(fā)的山形大學(xué)有機器件工程專(zhuān)業(yè)的副教授夫勇進(jìn)介紹稱(chēng)，涂布采用的溶劑是不會(huì )溶解下層的“正交溶劑”，通過(guò)調整溶劑及分子量不同的溶質(zhì)的配比，成功制作出了MPE元件。

　　利用這項技術(shù)開(kāi)發(fā)的發(fā)白光的單層有機EL元件，發(fā)光部分的面積為2mm見(jiàn)方，外部量子效率為20%，發(fā)光效率為34lm/W。夫勇進(jìn)指出：“如果使用半球形透鏡來(lái)提取光，發(fā)光效率可提高到69lm/W?！?/p>

　　將電視機、照明和社交工具融為一體

　　城戶(hù)教授表示，這些開(kāi)發(fā)不僅是為了提高性能，還著(zhù)眼于有機EL未來(lái)的用途，那就是融電視機、照明、(智能手機等)社交工具為一體的“壁紙”。墻壁和天花板全部采用這種壁紙的話(huà)，原來(lái)發(fā)白晃眼的照明就可以變成飄著(zhù)白云的藍天，墻壁也不僅可以播放電視影像、打電視電話(huà)，還可以放映沙漠及高山等喜歡的風(fēng)景?！皦Ρ谏峡梢圆挥脪飚?huà)，而是放映富士山的影像”。

　　具體而言，城戶(hù)的遠大目標是開(kāi)發(fā)“120英寸柔性有機EL壁紙”。除有機EL外，背板也采用印刷法制造。為實(shí)現這一目標，城戶(hù)前瞻性地制定了必要的關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)藍圖，并且正在按照這個(gè)藍圖推進(jìn)開(kāi)發(fā)。例如，前面提到的全涂布有機EL元件到2020年左右以很小的尺寸實(shí)現100lm/W的發(fā)光效率，在2016年左右開(kāi)始開(kāi)發(fā)量產(chǎn)面板。

　　關(guān)于價(jià)格，城戶(hù)表示“產(chǎn)品價(jià)格要控制在1個(gè)30萬(wàn)日元。因此，面板的成本要降至10萬(wàn)日元左右。要實(shí)現這一點(diǎn)，必須要降低高性能阻擋膜的制造成本”。