2014年07月17日08:09
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日本山形大學研究生院理工學研究科有機器件工程專業的教授城戶淳二於2014年7月11日在“探討有機電子發展方向”研討會上，介紹了城戶研究小組取得的研究成果和現在正在研發的內容。
發表演講的城戶教授
城戶教授1993年在全世界第一個開發出了白色有機EL元件（1995年3月在學術期刊《Science》上發表了論文）。后來還開發出了通過層疊發光單元、在保持發光壽命的同時提高了亮度的“多光子發光(Multi-Photon Emission, MPE)”技術，以及材料利用效率高的蒸鍍法“熱壁蒸鍍”等。因為這些成果，城戶教授在2013年秋季獲得了日本紫綬褒章。
現在，城戶教授正在為了實現發光效率達到200lm/W的有機EL元件而開展研發。在為幾項關鍵技術設定的目標中，目前尤其重視的是降低元件的驅動電壓。
降低驅動電壓意味著降低材料界面上的損耗。另外，低電壓驅動對應用於可穿戴終端等也至關重要。城戶表示：“希望通過降低電壓，實現干電池驅動有機EL發光”。
在低於帶隙的驅動電壓下發光
降低驅動電壓的關鍵是優化元件結構，尤其是要優化陰極材料及電子注入層（EIL）材料。最近，城戶研究組通過這些優化，大幅降低了有機EL元件的驅動電壓，使有機EL元件在低於發光材料帶隙的微小電壓下也能發光。比如，採用發光波長為523nm、帶隙為2.38eV的發光材料制成的有機EL元件可在1.97V的驅動電壓下發光（亮度為1cd/m2時）。有人指出這種現象不符合理論，而城戶教授毫不介意，表示“理論是用來解釋新現象的”。
關於這種驅動電壓比帶隙低也能發光的現象，與城戶教授一同領導研究室的山形大學有機電子研究中心研究生院理工學研究科的助教?部久宏表示，“現在有人提出了這樣一種假設：隨著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光作出了貢獻”。
利用“全涂布”技術制作多層有機EL元件
除了提高元件發光效率的研究外，城戶教授還在研究具有革新性的制造技術，具體來說就是“全涂布”技術。
雖然利用涂布技術制作有機EL元件的實例已有不少，但城戶等人要開發的是通過全涂布工藝來制作MPE元件的技術。在有機EL元件中，MPE元件的構成層數較多。以兩級MPE元件來說，包括陰極在內，需要在ITO基板上形成的層約有10層。“完全以涂布法制作雖然很難，但最終實現了”（城戶）。
實際推進這項研發的山形大學有機器件工程專業的副教授夫勇進介紹稱，涂布採用的溶劑是不會溶解下層的“正交溶劑”，通過調整溶劑及分子量不同的溶質的配比，成功制作出了MPE元件。
利用這項技術開發的發白光的單層有機EL元件，發光部分的面積為2mm見方，外部量子效率為20％，發光效率為34lm/W。夫勇進指出：“如果使用半球形透鏡來提取光，發光效率可提高到69lm/W。”
將電視機、照明和社交工具融為一體
城戶教授表示，這些開發不僅是為了提高性能，還著眼於有機EL未來的用途，那就是融電視機、照明、（智能手機等）社交工具為一體的“壁紙”。牆壁和天花板全部採用這種壁紙的話，原來發白晃眼的照明就可以變成飄著白雲的藍天，牆壁也不僅可以播放電視影像、打電視電話，還可以放映沙漠及高山等喜歡的風景。“牆壁上可以不用挂畫，而是放映富士山的影像”。
具體而言，城戶的遠大目標是開發“120英寸柔性有機EL壁紙”。除有機EL外，背板也採用印刷法制造。為實現這一目標，城戶前瞻性地制定了必要的關鍵技術的開發藍圖，並且正在按照這個藍圖推進開發。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現100lm/W的發光效率，在2016年左右開始開發量產面板。
關於價格，城戶表示“產品價格要控制在1個30萬日元。因此，面板的成本要降至10萬日元左右。要實現這一點，必須要降低高性能阻擋膜的制造成本”。（作者：野澤 哲生，日經技術在線！供稿）
