2014年07月17日08:09
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日本山形大学研究生院理工学研究科有机器件工程专业的教授城户淳二于2014年7月11日在“探讨有机电子发展方向”研讨会上，介绍了城户研究小组取得的研究成果和现在正在研发的内容。
发表演讲的城户教授
城户教授1993年在全世界第一个开发出了白色有机EL元件（1995年3月在学术期刊《Science》上发表了论文）。后来还开发出了通过层叠发光单元、在保持发光寿命的同时提高了亮度的“多光子发光(Multi-Photon Emission, MPE)”技术，以及材料利用效率高的蒸镀法“热壁蒸镀”等。因为这些成果，城户教授在2013年秋季获得了日本紫綬褒章。
现在，城户教授正在为了实现发光效率达到200lm/W的有机EL元件而开展研发。在为几项关键技术设定的目标中，目前尤其重视的是降低元件的驱动电压。
降低驱动电压意味着降低材料界面上的损耗。另外，低电压驱动对应用于可穿戴终端等也至关重要。城户表示：“希望通过降低电压，实现干电池驱动有机EL发光”。
在低于带隙的驱动电压下发光
降低驱动电压的关键是优化元件结构，尤其是要优化阴极材料及电子注入层（EIL）材料。最近，城户研究组通过这些优化，大幅降低了有机EL元件的驱动电压，使有机EL元件在低于发光材料带隙的微小电压下也能发光。比如，采用发光波长为523nm、带隙为2.38eV的发光材料制成的有机EL元件可在1.97V的驱动电压下发光（亮度为1cd/m2时）。有人指出这种现象不符合理论，而城户教授毫不介意，表示“理论是用来解释新现象的”。
关于这种驱动电压比带隙低也能发光的现象，与城户教授一同领导研究室的山形大学有机电子研究中心研究生院理工学研究科的助教笹部久宏表示，“现在有人提出了这样一种假设：随着电荷在元件中的界面上的累积，电荷中形成了能量分布（玻尔兹曼分布），其中高能量电荷为发光作出了贡献”。
利用“全涂布”技术制作多层有机EL元件
除了提高元件发光效率的研究外，城户教授还在研究具有革新性的制造技术，具体来说就是“全涂布”技术。
虽然利用涂布技术制作有机EL元件的实例已有不少，但城户等人要开发的是通过全涂布工艺来制作MPE元件的技术。在有机EL元件中，MPE元件的构成层数较多。以两级MPE元件来说，包括阴极在内，需要在ITO基板上形成的层约有10层。“完全以涂布法制作虽然很难，但最终实现了”（城户）。
实际推进这项研发的山形大学有机器件工程专业的副教授夫勇进介绍称，涂布采用的溶剂是不会溶解下层的“正交溶剂”，通过调整溶剂及分子量不同的溶质的配比，成功制作出了MPE元件。
利用这项技术开发的发白光的单层有机EL元件，发光部分的面积为2mm见方，外部量子效率为20％，发光效率为34lm/W。夫勇进指出：“如果使用半球形透镜来提取光，发光效率可提高到69lm/W。”
将电视机、照明和社交工具融为一体
城户教授表示，这些开发不仅是为了提高性能，还着眼于有机EL未来的用途，那就是融电视机、照明、（智能手机等）社交工具为一体的“壁纸”。墙壁和天花板全部采用这种壁纸的话，原来发白晃眼的照明就可以变成飘着白云的蓝天，墙壁也不仅可以播放电视影像、打电视电话，还可以放映沙漠及高山等喜欢的风景。“墙壁上可以不用挂画，而是放映富士山的影像”。
具体而言，城户的远大目标是开发“120英寸柔性有机EL壁纸”。除有机EL外，背板也采用印刷法制造。为实现这一目标，城户前瞻性地制定了必要的关键技术的开发蓝图，并且正在按照这个蓝图推进开发。例如，前面提到的全涂布有机EL元件到2020年左右以很小的尺寸实现100lm/W的发光效率，在2016年左右开始开发量产面板。
关于价格，城户表示“产品价格要控制在1个30万日元。因此，面板的成本要降至10万日元左右。要实现这一点，必须要降低高性能阻挡膜的制造成本”。（作者：野泽 哲生，日经技术在线！供稿）
