成果報告書詳細
管理番号20140000000819
タイトル平成23年度-平成25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2015/3/25
報告書年度2011 - 2013
委託先名パナソニック株式会社 出光興産株式会社 タツモ株式会社 長州産業株式会社 国立大学法人山形大学 青山学院大学
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を目指し、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た。
本事業(ステージ2)では、ステージ1(平成21-22年度)で開発した高光取り出し技術、発光ユニットの高性能化技術、塗布電極技術、高速蒸着プロセス技術などを基盤技術とし、さらなる高効率白色有機EL素子を実現するための材料・デバイス・電極・光取り出し要素技術、および低コスト化を実現する塗布・蒸着プロセス要素技術の開発を行った。
高効率・長寿命リン光素子の要素技術に関しては、青色リン光用ホスト材料、電荷輸送材料の開発を出光興産が担当し、高効率発光、低駆動電圧、長寿命を同時に実現する複数の材料系を開発した。これらの材料を活用し、高演色な高効率発光を示す白色デバイスをパナソニックが開発した。併行して、素子の発光効率を従来以上に向上可能な材料技術、および当該材料を用いた白色発光制御技術を山形大学が開発し、その成果の一部を白色デバイスの設計に適用した。
一方、高光取り出し要素技術として、高い光取り出し効率を実現する光取り出し構造、および当該光取り出し構造の性能を最大限に発揮可能な光学設計技術をパナソニックが開発した。また、高い光取り出し効率の実現に必要な透明導電膜に求められる要件を満たすインジウムレス透明導電膜の成膜技術、およびその光学特性解析技術を、青山学院大学、事業構想大学院大学が開発した。
これらの成果を用いて以下の白色有機EL素子を実現し、本事業の性能目標を達成した。
発光効率:133LM/W
平均演色評価数RA:84
輝度半減寿命:推定15万時間以上
輝度:1,000CD/M2
パネル厚み:約5MM
発光面積:100CM2
色度:(0.48,0.43)※ENERGY STAR規定の色度範囲内
低コスト化を実現するための要素技術としては、塗布可能な電極材料・成膜プロセス技術、高生産性蒸着プロセス技術の開発を行った。塗布電極要素技術に関しては、低抵抗と高透明を両立し有機ELに適用可能なインジウムレス塗布電極材料の開発をパナソニックが担当し、金属ナノワイヤ層の表面処理技術、表面性状制御層の設計により、10Ω/□かつ透過率84%以上の積層型電極構造を開発した。また、当該電極材料の精密パターニング塗布技術をタツモが担当し、表面エネルギー制御技術、乾燥プロセスのCAE解析技術、高精度プロセス技術の開発により、プラスマイナス0.25MMという高い寸法精度のパターン電極を直接形成できるプロセス技術を構築した。
一方、蒸着プロセス技術としては、高生産性を実現する蒸着源、および基板の連続搬送技術の開発を長州産業が担当した。光エネルギーを活用する方式などを検討し、大面積基板への連続蒸着に必要な蒸発量を144時間以上にわたってプラスマイナス3%以内の高精度で制御可能な蒸着技術を開発した。また、マスクの交換に要する成膜待機時間を排除可能な機構を開発し、搬送方向材料使用効率として90%以上の実現が可能な搬送プロセス技術を構築した。
また、高効率有機EL照明の将来の市場規模を推定し、有機EL照明を当該規模で製造する際のコストを、本事業で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、構造・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考慮して試算した結果、将来的なコスト可能性として0.25円/LM・年以下の値を得ることができた。
英文要約1. Development of high performance materials and devices for OLED lighting.
In the development of high efficacy OLED‥evice, Idemitsu Kosan developed host materials and carrier transport materials for the blue phosphorescent devices and found various materials that achieved high performance, low driving voltage and long lifetime. With these materials, Panasonic developed white OLEDs that realized high color rendering index and high efficacy. As regards to the mechanism of highly efficient white emission, Yamagata University found out various new materials that realized extremely high quantum efficiency, and applied to the white OLED devices.
Additionally, as the high performance light outcoupling technology, Panasonic developed light outcoupling structure and OLED device that had designed optical structures in order to realize better outcoupling. Aoyama Gakuin University and The Graguate School of Project Design developed non-indium transparent electrodes that had appropriate optical characteristics required for the high light outcoupling and analysis methods of these transparent electrodes.
With these newly developed technologies, a white OLED panel (100 cm2) with outstandingly high efficacy of 133 lm/W, estimated half decay lifetime of over 150,000 h at 1,000 cd/m2 was realized. Color rendering index was 84 and color coordinates were (0.48, 0.43) which was within the white color region.

2. Development of high throughput fabrication process technologies for high performance OLED lighting.
With regard to the fundamental low-cost fabrication technologies, materials and processes of non-indium printable electrode, and high throughput vacuum deposition process technologies were developed. Panasonic developed the printable electrode materials and structures with both resistivity of 10 ohm/sq. and transparency of over 84 % applicable to OLED device. Tazmo developed patterned-electrode coating process that achieved high thickness and dimensional accuracy within +/- 10 % and 0.25 mm, respectively, thanks to the control of surface energy of the substrate, CAE analyses of drying process and the development of various precise printing technologies. As the vacuum deposition process technologies, Choshu Industries developed high throughput and precise deposition source with various heating methods that realized deposition rate of over 10 g/h within +/- 3% thickness accuracy during over 144 h, and continuous substrate conveying system that needed no waiting time for deposition mask change and small amount of wasted materials.

In the estimation of the fabrication cost that would be promising in no distant future, \0.25 /lm/year would be expected in consideration of 1) the materials, structures (e.g., OLED device, electrode and light outcoupling substrate) and fabrication processes of the high performance white OLED developed in this project and 2) downslide of the material and process costs with the production growth of the OLED lighting panels.
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