成果報告書詳細
管理番号20110000001355
タイトル平成21年度~平成22年度成果報告書 次世代高効率・高品質照明の基盤技術開発 有機EL照明の高効率・高品質化に係る基盤技術開発(1)
公開日2011/12/13
報告書年度2009 - 2010
委託先名パナソニック電工株式会社 出光興産株式会社 長州産業株式会社 タツモ株式会社 国立大学法人山形大学 学校法人青山学院
プロジェクト番号P09024
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約 照明機器の省エネルギー化に貢献する次世代照明の早期普及のために、高効率高品質、かつ低コストの次世代照明を実現するための基盤技術開発を実施している。
 本事業のステージワンでは、平成19~21年度の「有機発光機構を用いた高効率有機デバイスの開発」プロジェクトで開発した省積層型マルチユニット構造(蛍光発光ユニットとリン光発光ユニットからなる)を基本とし、その高性能化のための各種技術の開発、具体的には、高光取り出し基材開発、発光ユニットの高効率化長寿命化、複合実装構造/プロセスなどの開発を行った。その結果、輝度1,000 cd/m2において、平均演色評価数電力効率56 lm/w、輝度半減寿命15万時間以上、平均演色評価数91、発光面積25 cm2を同時に実現した。この実現に際しては、高屈折率光取り出し層を備えた高光取り出し基材および高反射率電極の開発採用によって、約40パーセントの光取り出し効率を達成した。発光ユニットを構成する材料の変更、層構造などの再開発によって、発光体そのものの効率寿命を向上させた。また、高光取り出し基材を複数並置可能な複合実装構造およびその形成プロセスを構築した。以上、ステージワンで開発した本白色有機EL素子は、電力効率、半減寿命、演色性の全てを非常に高いレベルで同時に満たす、世界最高レベルの高性能を実現したものである。
 またステージツーに向けて、青色リン光材料の開発、塗布型電極材料/プロセスの開発、高生産性蒸着技術の開発を行い、高効率長寿命オールリン光青色/白色素子、低抵抗高透明塗布電極、インライン蒸着プロセスに関する要素技術を構築した。青色リン光素子としては、輝度100cd/m2における電圧3.3 V、初期輝度1,000cd/m2相当の定電流駆動時の輝度半減寿命4,000時間までを達成し、ステージツーに向けての課題を抽出した。当該青色材料を用いたオールリン光白色素子としては、高光取り出し基材を用いた際に、65 lm/w、輝度半減寿命5.6万時間、または、85 lm/W、輝度半減寿命0.4万時間を達成した。低抵抗高透明塗布電極としては、20 、透過率80パーセントを達成し、有機EL素子の安定点灯を確認した。また、当該電極を均一に形成し、またパターニングする方法を開発した。インライン蒸着プロセスに関しては、基板を連続的に搬送するためのマスク交換機構、雰囲気制御機構を開発し、また本プロセスによって得られる有機膜の特性を整理した。
 本事業における各ステージの白色発光素子性能を設定したマーケティング活動を併行して実施し、当該特性の有機ELが実現された際の有機EL照明市場規模を推定した。当該規模の有機EL照明を製造する際のコストを、開発を行った白色発光素子の構造およびプロセスを前提として、プロセスの進化、生産量増大による部材/プロセスコストの低下などを想定して検討した結果、将来的なコスト可能性として1.9/lm年を試算することができた。
英文要約Abstract
In this project Stage I, the development for the improvement of the performance of multi-unit white OLED devices consisted of a fluorescent emissive unit and a phosphorescent emissive unit (based on the results of the previous NEDO project, “High-efficiency lighting based on the organic light-emitting mechanism”) was conducted. Various technologies including light coupling technologies, highly efficient, long-lifetime light emitting units, and total OLED lighting panel design with high light outcoupling efficacy were investigated and developed. A white OLED with high luminous efficacy of 56 lm/W, half decay lifetime of over 150,000 h, color rendering index (CRI) of 91 and emission area of 25 cm2 was realized at the luminance of 1,000 cd/m2. In this device, performance of emissive units was improved by using some new organic materials in the developed device structures, and light outcoupling efficiency achieved about 40 % by applying a high refractive index light outcoupling structure on a glass substrate and a highly refractive cathode.
As the fundamental technologies for Stage II, various organic materials for blue phosphorescent devices, electrode materials and processes for wet-coating method, and high throughput deposition processes were also developed. Blue phosphorescent device with a driving voltage of 3.3 V at 100 cd/m2 and half decay lifetime of 4,000 h at 1,000 cd/m2 was developed. With these newly developed materials, white OLEDs with a luminous efficacy of 65 lm/W and a half decay lifetime of 56,000 h, and with a luminous efficacy of 85 lm/W and a half decay lifetime of 4,000 h were obtained. Wet-coated electrode showed a sheet resistance of 20 ohm/sq., a transparency of 80% and a stable operation of OLED devices. Coating and patterning processes for this electrode were also developed. As for the deposition process, in-line deposition tool with a mask-exchange system and various systems for the continuous operation was developed, and the conditions for the formation of high quality thin organic layers were confirmed.
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