有機EL照明起飛在即（一）成為主照明亦為期不遠

morris_2007

【日經BP社報導】發光面板的產品化雖在進展，但市場卻並未擴大，有機EL照明仍停留在長長的跑道上。然而，終於出現了起飛的跡象。為之開了綠燈的，是大廠商的加入和發光效率接連不斷的技術革新。很多廠商都確立了目標：2年內發光效率超過高效率螢光燈達到100lm/W，3年內使全部照明器具的發光效率達到與LED照明相當的130lm/W。

　　發白色光的有機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）為用三菱化學的面板製作的椅子。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單色光的面板，但本文中若無特別指出，則均指發白色光的技術和面板。

　　距離有機EL照明發光面板最初上市已經過去了3年左右的時間。但迄今為止，即使是導入了量產線的廠商，也因為面板和照明器具的市場沒有擴大而一直處於停工狀態。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～數萬日元。當然了，量產後價格會下降。但各廠商都沒有走出是「先有雞還是先有蛋」的怪圈。由於市場小，無法消除量產風險，結果陷入了價格居高不下、市場無法擴大的兩難境地。

　　最近出現了幾個有望打破這種局面的變化。例如，用於智慧手機的小型有機EL螢幕的市場擴大，55吋大型電視用顯示器也即將上市等。其材料和製造裝置低成本化效果也有望惠及有機EL照明。

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

圖2：有機EL照明開始導入             有機EL照明的導入示例。（a）為銀座酒吧「水響亭」2011年導入的KANEKA的產品。（b）為東京急行電鐵自由之丘站導入的松下電工（當時）的產品。（c）為五洋建設總部副樓門廳導入的三菱化學的產品。（c）可調色。（照片（b）：松下）

　　基於這些動向，調查公司預測全球有機EL照明市場2018年將達到約40億～60億美元的規模（圖3）。這與目前的有機EL顯示器的市場規模基本相同，之後市場似會繼續擴大。據美國調查公司IHS Electronics & Media（原南韓Displaybank）介紹，「首先將從高級住宅開始普及，其次是醫院，接下來會導入店舖和辦公室」（該公司日本代表Harry Kim）。

圖3：有機EL照明的市場規模今後將擴大             調查公司IHS Electronics＆Media（原Displaybank）和DisplaySearch的有機EL照明市場預測。

大型廠商正式涉足

不少大型企業面向有機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照明定位為照明業務的支柱之一，重組了業務公司。具體為，2012年10月1日合併了東芝照明技術和哈利盛東芝照明。稱「計劃2014年啟動有機EL照明業務」。

　　很早以前就致力於有機EL照明業務的荷蘭皇家飛利浦電子和德國歐司朗，也開始加速開發和產品化。例如，飛利浦2012年10月以2990歐元的價格上市了採用64塊有機EL照明面板、帶紅外線感測器的牆壁照明兼鏡子「LivingShapes」注2 ）。遠處看是牆壁照明，但人一靠近，部分照明就會關閉而變成鏡子（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，南韓LG化學也宣佈正式涉足有機EL照明業務。該公司以前就一直在向南韓LG顯示器等供貨顯示器用有機EL元件材料。LG化學OLED銷售兼市場行銷副總裁Joon Park說，「可以在顯示器與照明器上提供並利用幾乎相同的材料是我們的優勢」。

紛紛以100lm/W以上為目標

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

圖4：發光效率2014年能否超過100lm/W             各廠商、研究機構、美國能源部（DOE）及調查公司的有機EL照明面板發光效率發展藍圖。甚至有2020年將超過200lm/W的大膽預測。2012年的值為實際值。

　　東芝在2012年5月舉行的國際學會「SID 2012」上發佈了8cm×7cm尺寸、發光效率高達91lm/W的有機EL照明面板，震驚了其他公司有機EL照明的技術人員。

　　各廠商還在競相比拼開發藍圖。例如，飛利浦2012年2月發佈了2015年17cm見方有機EL照明面板的發光效率90lm/W以上，2018年40cm見方的大型面板達130lm/W的開發藍圖。作為企業的發展藍圖，其目標彰顯了飛利浦的雄心。而僅在一個月後，LG化學又發佈了更加宏大的計劃稱，2015年將供貨發光效率達到135lm/W以上的20cm見方有機EL照明面板。（未完待續 記者：野澤 哲生，《日經電子》）

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發光效率超過LED

　　繼100lm/W的發光效率之後，實現約130lm/W成了各廠商的下一個目標。因為這是「普通螢光燈約2倍的發光效率」（新能源產業技術綜合開發機構（NEDO），同時其燈具效率與LED照明相當。

　　然而，130lm/W也不是終點。有機EL照明的發光效率還會進一步提高，以燈具效率來比較，預計在所有照明技術中有機EL照明將會是發光效率最高的技術。原美國伊士曼柯達公司的技術人員、現為南京第壹有機光電公司（First O-Lite）創始人兼首席技術官的田元生（Yuan-Sheng Tyan）指出，「白色有機EL發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。

　　實際發光效率也有望接近200lm/W。IHS Electronics＆Media公司預測，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照明技術開發的最終目標。有機EL材料廠商美國環宇顯示技術（UDC）雖然沒有提及具體的實現時間，但表示，「作為有機EL照明的發光效率，180lm/W是比較現實的目標」。

效率提高接連取得突破

　　目標定得很高，但目前供貨的有機EL照明面板的發光效率尚未達到。即便從全球來看，最高值也只是LG化學的60lm/W。日本國內產品中，柯尼卡美能達控股的面板「Symfos」的45lm/W為最高值，其他產品大多只有30lm/W左右。

　　產品之所以與今後的目標值有巨大差距，是因為最近取得了突破，能使發光效率飛躍性提高（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）通過抑制表面電漿體共振*而提高光提取效率、（3）提高藍色發光材料的效率。

圖5：發光效率的提高取得幾項突破             提高發光效率有很多因素，其中的焦點是（1）提高光提取效率；（2）減少表面電漿體損失和導波模式的光；（3）提高藍色發光材料的內部量子效率，實際上的技術革新正在推進。

*表面電漿體共振（SPR）＝光與金屬表面的電子結合，在類似於聲波的縱波模式下共振的現象。

　　（1）和（2）的光提取效率，是指有機EL元件內部產生的光子中，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，所發的光中只有約20％可提取到外部。剩餘約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，日本金澤工業大學教授三上明義2009年發佈了重要技術。主要內容是，如果在元件表面設置由折射率高達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於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。並且還在SID 2012上發佈，在PEN薄膜表面設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：通過改進元件表面側將光提取效率提高至約2倍             松下通過在有機EL元件的表面一側採用PEN薄膜將光提取效率提高到了約2倍，1cm見方元件的發光效率實現了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，光提取效率提高到了原來約2倍的42％。發光面積25cm2的有機EL照明面板的發光效率達到87lm/W，1cm2的有機EL元件達到101lm/W，作為發白色光而且薄型的元件，全球首次超過了100lm/W（圖1（b））注3 ）。「重點在於高折射率PEN與折射率為1的空氣之間的巨大折射率差」（松下核心技術開發中心技術總監、大阪大學特聘教授菰田卓哉）。

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

　　旭硝子（AGC）也曾在SID 2009和SID 2012上宣佈，以自主方法開發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年發佈的是在玻璃中加入氣泡使光散射的技術。而2012年發佈的技術，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） 旭硝子錶示，在光散射用粒子的粒徑小至數百nm時，可充分散射藍色光的「瑞利散射」佔主導，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。

　　關於玻璃價格，旭硝子稱「尚處於研究開發階段，不便公開」，但可能會以一個戰略性的價格設定開展業務。也有企業認為，「歐洲有幾家有機EL元件廠商已經有意採用估計是旭硝子生產的、具有光散射效果的玻璃」（歐洲某玻璃廠商）。（未完待續 記者：野澤 哲生，《日經電子》）

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