發(fā)光面板的產(chǎn)品化雖在進展，但市場卻并未擴大，有機EL照明仍停留在長長的跑道上。然而，終于出現(xiàn)了起飛的跡象。為之開了綠燈的，是大廠商的加入和發(fā)光效率接連不斷的技術(shù)革新。很多廠商都確立了目標(biāo)：2年內(nèi)發(fā)光效率超過高效率熒光燈達到100lm/W，3年內(nèi)使全部照明器具的發(fā)光效率達到與LED照明相當(dāng)?shù)?30lm/W。

　　發(fā)白色光的有機EL照明的“起飛”，即全面開始普及的日子近在眼前（圖1）注1 ）。

　　圖1：各公司的最新面板

　　主要的有機EL照明面板如圖所示。（a）為Lumiotec面板，（b）為松下的87lm/W面板，（c）為KONICA MINOLTA ADVANCED LAYERS的柔性面板，（d）為住友化學(xué)面板，（e）為荷蘭皇家飛利浦電子面板，（f）為ASON TECHNOLOGY面板。（g）為用三菱化學(xué)的面板制作的椅子。照片除（a）和（g）以外均由各公司提供。

　　注1） 有機EL照明還有紅色和藍色等發(fā)單色光的面板，但本文中若無特別指出，則均指發(fā)白色光的技術(shù)和面板。

　　距離有機EL照明發(fā)光面板最初上市已經(jīng)過去了3年左右的時間。但迄今為止，即使是導(dǎo)入了量產(chǎn)線的廠商，也因為面板和照明器具的市場沒有擴大而一直處于停工狀態(tài)。原因有很多，不過最主要的是價格高。10cm見方的面板售價為1萬～數(shù)萬日元。當(dāng)然了，量產(chǎn)后價格會下降。但各廠商都沒有走出是“先有雞還是先有蛋”的怪圈。由于市場小，無法消除量產(chǎn)風(fēng)險，結(jié)果陷入了價格居高不下、市場無法擴大的兩難境地。

　　最近出現(xiàn)了幾個有望打破這種局面的變化。例如，用于智能手機的小型有機EL顯示屏的市場擴大，55英寸大型電視用顯示器也即將上市等。其材料和制造裝置低成本化效果也有望惠及有機EL照明。

　　另外，技術(shù)開發(fā)也在順利推進，有機EL照明的發(fā)光效率開始飛躍性提高。在這種背景下，各大企業(yè)開始冒著風(fēng)險進行量產(chǎn)投資，也在逐漸改變市場停滯的狀況。實際導(dǎo)入有機EL照明的用戶也一直在增加（圖2）。

　　圖2：有機EL照明開始導(dǎo)入

　　有機EL照明的導(dǎo)入示例。（a）為銀座酒吧“水響亭”2011年導(dǎo)入的KANEKA的產(chǎn)品。（b）為東京急行電鐵自由之丘站導(dǎo)入的松下電工（當(dāng)時）的產(chǎn)品。（c）為五洋建設(shè)總部副樓門廳導(dǎo)入的三菱化學(xué)的產(chǎn)品。（c）可調(diào)色。（照片（b）：松下）

　　基于這些動向，調(diào)查公司預(yù)測全球有機EL照明市場2018年將達到約40億～60億美元的規(guī)模（圖3）。這與目前的有機EL顯示器的市場規(guī)模基本相同，之后市場似會繼續(xù)擴大。據(jù)美國調(diào)查公司IHS Electronics & Media（原韓國Displaybank）介紹，“首先將從高級住宅開始普及，其次是醫(yī)院，接下來會導(dǎo)入店鋪和辦公室”（該公司日本代表Harry Kim）。

　　圖3：有機EL照明的市場規(guī)模今后將擴大

　　調(diào)查公司IHS Electronics＆Media（原Displaybank）和DisplaySearch的有機EL照明市場預(yù)測。不少大型企業(yè)面向有機EL照明市場擴大而全面展開行動，如東芝集團。該公司將有機EL照明定位為照明業(yè)務(wù)的支柱之一，重組了業(yè)務(wù)公司。具體為，2012年10月1日合并了東芝照明技術(shù)和哈利盛東芝照明。稱“計劃2014年啟動有機EL照明業(yè)務(wù)”。

　　很早以前就致力于有機EL照明業(yè)務(wù)的荷蘭皇家飛利浦電子和德國歐司朗，也開始加速開發(fā)和產(chǎn)品化。例如，飛利浦2012年10月以2990歐元的價格上市了采用64塊有機EL照明面板、帶紅外線傳感器的墻壁照明兼鏡子“LivingShapes”注2 ）。遠處看是墻壁照明，但人一靠近，部分照明就會關(guān)閉而變成鏡子（圖1（e））。

　　注2） 從2年前的2010年開始就以1萬多歐元的價格面向特定用戶銷售，而此次大幅降低了價格，面向普通用戶銷售。

　　2012年3月，韓國LG化學(xué)也宣布正式涉足有機EL照明業(yè)務(wù)。該公司以前就一直在向韓國LG顯示器等供貨顯示器用有機EL元件材料。LG化學(xué)OLED銷售兼市場營銷副總裁Joon Park說，“可以在顯示器與照明器上提供并利用幾乎相同的材料是我們的優(yōu)勢”。

　　紛紛以100lm/W以上為目標(biāo)

　　各大廠商一改觀望態(tài)度轉(zhuǎn)而參戰(zhàn)的背景是，有機EL的技術(shù)開發(fā)取得進展，100lm/W以上的高發(fā)光效率有望實現(xiàn)（圖4）。如果發(fā)光效率能超過100lm/W，作為主照明的用途就會一舉增加。這是因為，發(fā)光效率超過高效率熒光燈，在包括照明器具在內(nèi)的發(fā)光效率（燈具效率）上就能與很多LED照明展開競爭。

　　圖4：發(fā)光效率2014年能否超過100lm/W

　　各廠商、研究機構(gòu)、美國能源部（DOE）及調(diào)查公司的有機EL照明面板發(fā)光效率發(fā)展藍圖。甚至有2020年將超過200lm/W的大膽預(yù)測。2012年的值為實際值。

　　東芝在2012年5月舉行的國際學(xué)會“SID 2012”上發(fā)布了8cm×7cm尺寸、發(fā)光效率高達91lm/W的有機EL照明面板，震驚了其他公司有機EL照明的技術(shù)人員。

　　各廠商還在競相比拼開發(fā)藍圖。例如，飛利浦2012年2月發(fā)布了2015年17cm見方有機EL照明面板的發(fā)光效率90lm/W以上，2018年40cm見方的大型面板達130lm/W的開發(fā)藍圖。作為企業(yè)的發(fā)展藍圖，其目標(biāo)彰顯了飛利浦的雄心。而僅在一個月后，LG化學(xué)又發(fā)布了更加宏大的計劃稱，2015年將供貨發(fā)光效率達到135lm/W以上的20cm見方有機EL照明面板。

　　發(fā)光效率超過LED

　　繼100lm/W的發(fā)光效率之后，實現(xiàn)約130lm/W成了各廠商的下一個目標(biāo)。因為這是“普通熒光燈約2倍的發(fā)光效率”（新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO），同時其燈具效率與LED照明相當(dāng)。

　　然而，130lm/W也不是終點。有機EL照明的發(fā)光效率還會進一步提高，以燈具效率來比較，預(yù)計在所有照明技術(shù)中有機EL照明將會是發(fā)光效率最高的技術(shù)。原美國伊士曼柯達公司的技術(shù)人員、現(xiàn)為南京第壹有機光電公司（First O-Lite）創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官的田元生（Yuan-Sheng Tyan）指出，“白色有機EL發(fā)光效率的理論極限為248lm/W，與白色LED光源的260lm/W相近”。就是說，在燈具效率上，有機EL照明可能是最高的。

　　實際發(fā)光效率也有望接近200lm/W。IHS Electronics＆Media公司預(yù)測，2019年200lm/W的有機EL照明面板將面世。美國能源部（DOE）也把190lm/W定為有機EL照明技術(shù)開發(fā)的最終目標(biāo)。有機EL材料廠商美國環(huán)宇顯示技術(shù)（UDC）雖然沒有提及具體的實現(xiàn)時間，但表示，“作為有機EL照明的發(fā)光效率，180lm/W是比較現(xiàn)實的目標(biāo)”。

　　效率提高接連取得突破

　　目標(biāo)定得很高，但目前供貨的有機EL照明面板的發(fā)光效率尚未達到。即便從全球來看，最高值也只是LG化學(xué)的60lm/W。日本國內(nèi)產(chǎn)品中，柯尼卡美能達控股的面板“Symfos”的45lm/W為最高值，其他產(chǎn)品大多只有30lm/W左右。

　　產(chǎn)品之所以與今后的目標(biāo)值有巨大差距，是因為最近取得了突破，能使發(fā)光效率飛躍性提高（圖5）。尤其是以下3點取得了巨大進展：（1）提高從光提取層的光提取效率、（2）通過抑制表面等離子體共振*而提高光提取效率、（3）提高藍色發(fā)光材料的效率。

　　圖5：發(fā)光效率的提高取得幾項突破

　　提高發(fā)光效率有很多因素，其中的焦點是（1）提高光提取效率；（2）減少表面等離子體損失和導(dǎo)波模式的光；（3）提高藍色發(fā)光材料的內(nèi)部量子效率，實際上的技術(shù)革新正在推進。

　　*表面等離子體共振（SPR）＝光與金屬表面的電子結(jié)合，在類似于聲波的縱波模式下共振的現(xiàn)象。

　　（1）和（2）的光提取效率，是指有機EL元件內(nèi)部產(chǎn)生的光子中，可以提取到元件外部的光子比例。沒有在這一點上下功夫的元件，所發(fā)的光中只有約20％可提取到外部。剩余約80％以熱等形式散失。因此，光提取效率的提高是提高有機EL照明發(fā)光效率上的重要課題。

　　在光提取效率的提高上，日本金澤工業(yè)大學(xué)教授三上明義2009年發(fā)布了重要技術(shù)。主要內(nèi)容是，如果在元件表面設(shè)置由折射率高達2左右的玻璃層和微透鏡陣列組成的光提取層，就可以取得很好的效果。但高折射率玻璃存在價格高的大課題。

　　2012年，松下著眼于價格遠遠低于高折射率玻璃的聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）樹脂折射率高達1.7～1.8的特點。并且還在SID 2012上發(fā)布，在PEN薄膜表面設(shè)置的微透鏡陣列與玻璃基板之間加入空氣可大幅提高光提取效率（圖6）。

　　圖6：通過改進元件表面?zhèn)葘⒐馓崛⌒侍岣咧良s2倍

　　松下通過在有機EL元件的表面一側(cè)采用PEN薄膜將光提取效率提高到了約2倍，1cm見方元件的發(fā)光效率實現(xiàn)了101lm/W（a）。旭硝子通過在高折射率玻璃中添加陶瓷粒子使光散射，將光提取效率提高到2.1倍，同時還降低了對波長的依賴性。（圖和照片：a由松下，b由旭硝子提供）

　　利用該技術(shù)，光提取效率提高到了原來約2倍的42％。發(fā)光面積25cm2的有機EL照明面板的發(fā)光效率達到87lm/W，1cm2的有機EL元件達到101lm/W，作為發(fā)白色光而且薄型的元件，全球首次超過了100lm/W（圖1（b））注3 ）。“重點在于高折射率PEN與折射率為1的空氣之間的巨大折射率差”（松下核心技術(shù)開發(fā)中心技術(shù)總監(jiān)、大阪大學(xué)特聘教授菰田卓哉）。

　　注3） 松下在本屆SID 2012上還宣布，通過設(shè)置與LED相同的半球狀光提取層，發(fā)光面積為4mm2的有機EL元件的光提取效率達到了62％以上，實現(xiàn)了高達142lm/W的發(fā)光效率。

　　旭硝子（AGC）也曾在SID 2009和SID 2012上宣布，以自主方法開發(fā)出了價格相對較低但具備高折射率和光散射功能的玻璃，提高了光提取效率。

　　2009年發(fā)布的是在玻璃中加入氣泡使光散射的技術(shù)。而2012年發(fā)布的技術(shù)，是用直徑約2μm的陶瓷粒子取代難以控制直徑的氣泡添加到玻璃中，從而大幅降低了散射效果對波長的依賴注4 ）。

　　注4） 旭硝子表示，在光散射用粒子的粒徑小至數(shù)百nm時，可充分散射藍色光的“瑞利散射”占主導(dǎo)，而在粒徑為2μm左右時，對波長依賴性較小的“米氏散射”就會增強。

　　關(guān)于玻璃價格，旭硝子稱“尚處于研究開發(fā)階段，不便公開”，但可能會以一個戰(zhàn)略性的價格設(shè)定開展業(yè)務(wù)。也有企業(yè)認(rèn)為，“歐洲有幾家有機EL元件廠商已經(jīng)有意采用估計是旭硝子生產(chǎn)的、具有光散射效果的玻璃”（歐洲某玻璃廠商）。

　　對元件的背面電極也加以大膽改造

　　另一方面，金澤工業(yè)大學(xué)的三上指出，要想進一步提高光提取效率，光憑元件表面設(shè)置的光提取層是不夠的（圖7）。因為根據(jù)三上的模擬實驗，元件內(nèi)部產(chǎn)生的光子中，有約50％因表面等離子體共振而喪失。這種現(xiàn)象是在元件發(fā)光面的反面電極（陰極）表面發(fā)生的。

　　圖7：通過控制表面等離子體將發(fā)光效率提高到2倍以上

　　據(jù)金澤工業(yè)大學(xué)教授三上介紹，沒有對光提取做改進的有機EL元件內(nèi)部產(chǎn)生的光有約50％以表面等離子體損失消失。三上等人發(fā)現(xiàn)了對金屬電極采用薄電極和反射層等多級構(gòu)造，可大幅降低表面等離子體損失，從而提高發(fā)光效率的方法。（圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)三上的資料制作）

　　三上認(rèn)為，積極設(shè)法抑制這種（表面等離子體）損失，有助于進一步提高光提取效率，因此大膽改變了陰極的構(gòu)造。這就是“多陰極構(gòu)造”。試制的既具備這種構(gòu)造又具備元件表面光提取層的綠色發(fā)光有機EL元件，其表面等離子體損失由約50％大幅降至約10％，發(fā)光效率由85lm/W提高到了2倍以上的185lm/W。光提取效率約為47％，作為薄型元件是很高的值。

　　各廠商也開始針對元件陰極采取措施。例如，東芝在SID 2012上發(fā)布的發(fā)光效率為91lm/W的元件，沒有在元件正面一側(cè)設(shè)置特別的光提取層。而是將陰極材料由原來的鋁（Al）換成了其他高反射率材料。“并不能說明效率的提高全靠反射率，表面等離子體損失的降低等或許也發(fā)揮了作用”（東芝）。

　　藍色材料的效率提高前景也光明

　　提高有機EL照明發(fā)光效率的第三個重點是藍色發(fā)光材料的大幅改善。此前，藍色發(fā)光材料與紅色和綠色發(fā)光材料相比，在發(fā)光效率和發(fā)光壽命上的開發(fā)很遲緩。比如，尚沒有具備足夠“深度”和發(fā)光壽命的磷光發(fā)光藍色材料。

　　光是深藍色的話可以利用螢光材料，但螢光材料原理上的內(nèi)部量子效率還不到25％。而磷光材料最大高達100％。藍色發(fā)光只能使用螢光材料是進一步提高有機EL照明發(fā)光效率的巨大障礙。

　　最近，能打破這種界限的研究開發(fā)取得了進展。雖然尚未發(fā)現(xiàn)深藍色磷光發(fā)光材料。但“推進了第3代發(fā)光材料的開發(fā)”（九州大學(xué)最尖端有機光電子研究中心教授安達千波矢的研發(fā)小組）（圖8）。第1代為螢光材料，第2代為磷光材料，而新材料為第3代。

　　圖8：超過藍色螢光材料的“極限”

　　圖中所示為超越此前激子利用效率為25％的螢光材料極限的兩種技術(shù)。TTA/TTF通過使3重態(tài)狀態(tài)（T1）的2個激子碰撞交換能量，變成1重態(tài)狀態(tài)（S1）激子有可能發(fā)光（a）。而TADF以熱使T1的激子移向S1有可能發(fā)光。（圖（a）由《日經(jīng)電子》根據(jù)出光興產(chǎn)的資料制作，（b）由《日經(jīng)電子》根據(jù)安達研究室的資料制作。（b）攝影：安達研究室）

　　不過，新材料實際上是螢光發(fā)光材料。與以往的不同在于，具備將此前以熱等形式散失的能量用于螢光發(fā)光的機制。該機制主要有兩種。

　　一種是九州大學(xué)安達的研發(fā)小組發(fā)現(xiàn)的“熱活性型延遲螢光（TADF）”（圖8）。從原理上來說，材料的內(nèi)部發(fā)光效率可實現(xiàn)100％。截至目前已經(jīng)確認(rèn)實現(xiàn)了62％。最近還開發(fā)出了名為“pure blue”（安達研究室）的深藍色TADF材料。

　　另一種是出光興產(chǎn)和住友化學(xué)等正在開發(fā)的在螢光材料中發(fā)生稱為“3重態(tài)-3重態(tài)消滅”（TTA）或“3重態(tài)-3重態(tài)融合”（TTF）現(xiàn)象的機制（圖8）注5 ）。不過，理論上材料的內(nèi)部發(fā)光效率最大只有40％，與內(nèi)部發(fā)光效率為100％的TADF有很大差距。出光興產(chǎn)已經(jīng)開發(fā)出效率接近理論極限的TTF材料，但表示“不會被理論束縛，還在為進一步提高效率而繼續(xù)開發(fā)”（該公司電子材料部電子材料開發(fā)中心主任研究員熊均）。

　　注5） 出光興產(chǎn)稱為TTF，住友化學(xué)稱為TTA。同一種現(xiàn)象有兩種名稱是因為，以前在磷光發(fā)光材料中增加電流密度時，TTA是導(dǎo)致發(fā)光效率降低的因素。而在螢光材料中則是提高發(fā)光效率的因素，因此出光興產(chǎn)認(rèn)為“融合（fusion）比消滅（annihilation）更恰當(dāng)”，所以命名為TTF。

　　元件構(gòu)造自主性的競爭

　　在有機EL照明技術(shù)上，除了改善光提取效率和發(fā)光材料外，也有一連串旨在提高發(fā)光效率和顯色指數(shù)等的技術(shù)開發(fā)。比如，在元件構(gòu)造和制造方法等的技術(shù)革新方面，各廠商的創(chuàng)意就是一個奪人眼球的領(lǐng)域。

　　說能將“發(fā)光單元做成10層”的，是風(fēng)險企業(yè)ASON TECHNOLOGY代表董事社長中川幸和（圖1（f）和圖9（a））。該公司專務(wù)董事松本敏男因與山形大學(xué)教授城戶淳二因開發(fā)了有機EL發(fā)光單元重疊起來的元件構(gòu)造“MPE（multiple photon emission）”而聞名注6 ）。在其他公司開始在量產(chǎn)面板中采用MPE技術(shù)的情況下，ASON TECHNOLOGY則計劃以令MPE有進一步發(fā)展的自主技術(shù)為武器，2013年開始量產(chǎn)大型有機EL照明面板。

　　圖9：各公司在元件構(gòu)造和制造工藝上也發(fā)揮自主性

　　ASON TECHNOLOGY、KONICA MINOLTA ADVANCED LAYERS、住友化學(xué)、三菱化學(xué)和先鋒、昭和電工各自的元件構(gòu)造和特點。（（e）：昭和電工）

　　注6） 將發(fā)光單元做成多層的好處是，容易實現(xiàn)高亮度和長壽命以及可大幅改善發(fā)光的均勻性。層數(shù)增加后，各層的厚度不均在元件整體可以抵消，從而可提高發(fā)光的均勻性。

　　用“SPring-8”分析材料

　　有機EL照明的制造方法有蒸鍍法和涂布法兩種選擇。并且，即使同為涂布法，也有采用與蒸鍍法相似的材料和元件構(gòu)造的方法，以及采用涂布法特有的材料和構(gòu)造的方法之分。KONICA MINOLTA ADVANCED LAYERS采用了前者，而住友化學(xué)采用了后者。

　　KONICA MINOLTA ADVANCED LAYERS稱，最近1年取得了巨大的進展。“大幅改善了此前較低的發(fā)光層等的成膜成品率，已與利用蒸鍍法的品質(zhì)相近”（該公司OLED事業(yè)推進中心中心長辻村隆俊）。并通過用兵庫縣的大型放射光設(shè)施“SPring-8”分析了發(fā)光材料的詳細(xì)構(gòu)造，找到了發(fā)生凝固等問題的原因，探明了改善的方向。

　　而住友化學(xué)為了使一種發(fā)光材料具備多種功能，設(shè)計了高分子材料，在朝著簡化元件構(gòu)造的方向推進開發(fā)。

　　無法模仿的競爭武器

　　也有廠商開發(fā)出了重視調(diào)色性、宛如顯示器般的有機EL照明元件構(gòu)造。例如三菱化學(xué)和先鋒。與顯示器一樣，通過在發(fā)光層分涂紅（R）、綠（G）和藍（B）各色材料，用1塊面板即可實現(xiàn)全彩。與同樣“重視多色性”的KANEKA和住友化學(xué)根據(jù)面板改變顏色的方針大不相同。

　　與顯示器的不同在于，RGB子像素不是馬賽克狀，而是條狀。三菱化學(xué)等公司表示，基礎(chǔ)層和發(fā)光層使用低分子材料涂布成膜的制造工藝已有眉目，預(yù)定2013年底開始利用第1代（G1）的小型裝置量產(chǎn)面板。

　　昭和電工采用了與其他任何一種都不相似的元件構(gòu)造。即與美國SRI International公司共同開發(fā)的“COLED（cavity organic light emitting diodes）”，即在玻璃基板表面做凹凸加工，并在其上將各材料成膜的方法。不過，昭和電工除設(shè)定了“2015年發(fā)光效率達到150lm/W”這一非常高的目標(biāo)外，并沒有公布具體的效果等。該公司公布的有機EL元件的發(fā)光效率只有30lm/W。即便如此，該公司仍自信地表示，“在與容易不分伯仲的其他公司的開發(fā)競爭中，COLED是制勝的強有力武器。聽到其他公司達到了128lm/W也絲毫不感到吃驚”（昭和電工研究開發(fā)本部技術(shù)戰(zhàn)略室戰(zhàn)略營銷中心長鈴木廣志）。

　　新一代透明電極亮相

　　對提高發(fā)光效率大有裨益的透明電極開發(fā)也取得了進展。KONICA MINOLTA ADVANCED LAYERS用將銀（Ag）納米線和透明導(dǎo)電樹脂相結(jié)合的方法，開發(fā)出了薄膜電阻值為1Ω/□，含基板在內(nèi)的光透射率為84％的優(yōu)異透明電極（圖10）。而且，可利用涂布法制作，基板是柔性的。

　　圖10：新一代透明電極是以“組合”實現(xiàn)的？

　　KONICA MINOLTA ADVANCED LAYERS將Ag納米線和導(dǎo)電性有機材料相結(jié)合，開發(fā)出了同時具備大型有機EL面板透明電極要求的低薄膜電阻和高光透射率的透明導(dǎo)電膜（a）。東芝也將Ag納米線和石墨烯相組合，開發(fā)出了低薄膜電阻值透明導(dǎo)電膜（b）。光透射率稍低。（（b）圖攝影：東芝）

　　透明電極的電阻在有機EL照明面板中雖占較大比例，面板尺寸越大，其比例越高。因此，要想在不降低發(fā)光效率的情況下擴大面板尺寸，透明導(dǎo)電膜的電阻必須很小。KONICA MINOLTA ADVANCED LAYERS表示，“ITO在討論是否柔性以前，還存在電阻值過高的問題。必須降到1Ω/□以下”。

　　2012年9月，東芝也將Ag納米線和碳材料石墨烯相組合，開發(fā)出了低薄膜電阻值的透明電極。今后將推進這些新一代透明電極的開發(fā)，為實現(xiàn)有機EL照明面板的大型化做出貢獻。