盘点日本OLED照明技术七大最新研究成果
来源：OFweek半导体照明网
作为薄型可弯曲的“终极光源”而被期望实现飞跃的有机EL站在了岔道口。由于成本和性能上存在很多课题，材料厂商和机电厂商纷纷冻结了开发。业内人士纷纷担心有机EL会不会就这样消失呢？
虽然行业人士有表示担心，但企业为了发展，永远不会停止研发创新的脚步，在日本企业中，先锋和三菱化学已开始量产供货有机EL照明模块。东芝照明技术从4月开始接单销售家用有机EL照明，也对有机EL的未来抱有希望的企业。接下来是OFweek半导体照明网小编整理的这些年来日本企业在OLED技术方面的研究成果。
OLED驱动最新研究成果：BG-TFT和非晶体C12A7电子化合物
在中日合作举办的“中国北京2013国际平板显示产业高峰论坛”上，中外研究人员向与会听众分享了OLED驱动相关的最新研究成果。
搭桥晶粒多晶硅薄膜晶体管
目前，用激光退火低温多晶硅（LTPS）技术制造出的驱动AMOLED的薄膜半导体，存在均匀性、需外围电路等问题，且成本较高。而氧化物薄膜半导体虽然成本低很多，但稳定性不足，长期高电流会引起半导体性能的变化，如阈值电压偏移达到0.5~1V，这对解析度有较大影响，且补偿效果不理想。
香港科技大学显示研究中心主任郭海成领导的研究团队开发出一种称为搭桥晶粒（Bridged-Grain）多晶硅薄膜晶体管，即BG-TFT的技术。它可以改善金属诱导晶化（MIC）和固相晶化（SPC）TFT的电学特性，如明显降低SPC和MIC TFT的阈值电压（Vth）；降低SPC的伪亚阈值斜率（SS）；提高载流子迁移率（μ）；增加开态电流，降低关态电流；把源-漏极电流开关比率提高10倍以上。该技术可用于任何多晶硅TFT，适于大型显示屏的生产，兼容现有制造工艺，生产成本比准分子激光晶化（ELC）低很多。
郭海成的学生周玮在演讲中表示，BG-TFT中，狭窄的高浓度掺杂的BG区域沿沟道长度方向均匀分布，掺杂类型与源漏区域相同，将栅极覆盖下的有源层分成了很多短沟道，沟道长度被曝光系统限制在2μm左右。相邻的BG区域较短，表现出较强的短沟道效应（SCE）。
BG TFT工艺不需改造现有光刻版。为了形成重掺杂的BG区域，可在形成有源岛之前，对多晶硅层进行选择性的离子注入，注入的能量和深度可用制造工艺的仿真软件计算。实验发现，深度400nm比较合适，确保不会短路。主要步骤如图1所示，首先形成一个光栅型的光刻胶层，然后进行离子注入，最后去除光刻胶。
为了将光刻胶层形成较为精密的光栅结构，若需要1μm以下的周期，可采用激光干涉光刻法或纳米压印技术。对2μm以上的周期，普通光刻设备即可，且可与栅极制造工艺同步完成。
BG-TFT改善MIC和SPC TFT电特性的原理如下，以PMOS为例，沟道是n-掺杂，源漏和BG区域是p+掺杂。①在不通电时，BG-TFT漏电很低。导通状态时，BG线之间距离短，电阻率降低，载流子迁移率提高。
②在沟道范围内，电流主要沿着电阻较小（晶界较少）的路径流动。BG区域内，电流沿着直接导向下一段沟道中最导电路径的方向流动，为载流子提供捷径。
③BG-TFT相当于很多短沟道TFT串联在一起，短沟道效应可降低阈值电压，降低伪亚阈值斜率；提高载流子迁移率。短沟道TFT在较高漏-源电压（Vds）下的漏电流，由于BG结构的多结作用受到抑制。
电子注入层新材料
东京工业大学教授细野秀雄介绍了他发明的电子注入层新材料——非晶体C12A7电子化合物（12CaO·7Al2O3：eˉ），这是一种表面光滑、透明结构的水泥类的物质，化学性稳定，目前可在可以在室温条件下与固体靶材通过直流溅射成膜。适于通过n型氧化物TFT（如IGZO）的OLED驱动。
C12A7材料的主要特性有：功率非常低，工作函数是3.0eV；LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，最低未占轨道)能级比较高；吸收光的能力非常好，为4.6eV，这是它看起来透明的关键因素；在多晶硅ITO上平滑度是6.0nm。
细野秀雄透露，现在日本旭硝子公司已经生产出非晶体C12A7电子化合物，并上市销售了。
飞利浦将在日本上市照明用有机EL面板 最大亮度为6500cd/m2
荷兰皇家飞利浦公司的日本法人——飞利浦电子日本宣布，今年2月上旬在日本上市飞利浦的照明用有机EL面板“Lumiblade OLED Panel GL350”。该消息是飞利浦电子日本在展会“LIGHTING JAPAN 2014”上宣布的。
GL350的尺寸为124.5mm×124.5mm×3.3mm。发光面板部分的尺寸为103.8mm见方。亮度为120lm时的耗电量为2.85W，200lm时为4.75W。另外，从这些数值可以计算出发光效率约为42lm/W。
该产品的最大亮度为6500cd/m2。平均寿命（LT70）在亮度为120lm时为1.5万小时，在200lm时为1万小时。色温为3200K。
GL350是飞利浦2012年在欧洲等地上市的产品，而此次的GL350则是其第二代产品。第一代GL350的发光效率为16.7lm/W，最大亮度为4000cd/m2。相比之下，此次的面板大幅提高了发光效率和寿命。
飞利浦在德国亚琛投资约4000万欧元建设了有机EL面板制造工厂，已于2012年秋投入使用。
飞利浦公布此产品在欧洲上市时，含3张面板和驱动电路等的套件为400欧元。
10cm见方133lm/W有机EL照明面板，“有望实现200lm/W”
松下2014年6月5日在正于美国举行的国际学会“SID 2014”上发表演讲，宣布开发出了发光部尺寸为10cm见方、发光效率高达133lm/W的有机EL照明面板。该公司在开发人员见面会上公开了面板实物。
松下在演讲中介绍，此前为提高光提取效率采取了多项措施，比如设置由微透镜阵列构成的光提取层等。由此，2012年将外部量子效率提高到了约50％。
此次为进一步提高外部量子效率，开发出了将元件内残留的两种模式的光提取到元件外部的技术。首先，为减少元件背面的电极表面残留光的衰减模式（Evanescent Mode），加厚了电子运输层的膜厚。这一点与实现139lm/W发光效率的柯尼卡美能达相同。
其次，减少了称为基板模式的基板内部残留的光。否则，好不容易减少的衰减模式的光线会变成基板模式的光，不射向元件外部。
松下看重基板模式的光的前进方向会随着电子运输层的膜厚而大幅改变这一点，并发现在衰减模式小、膜厚较厚的区域，光主要分为与基板几乎垂直的光，以及较基板的平行方向倾斜20～30度的光。该公司把这种朝着大幅度倾斜方向前进的光称为“WASM（Wide Angle Substrate Mode）”，并相应新设置了将这种光提取到元件外部的光提取层。松下介绍说，这是“特殊的微细光学构造，不同于以前的微透镜阵列”。
而且，为应对RGB各色光的WASM区域的不同，分别设计了最佳的微细光学构造，然后加以组合，制作了实际的光提取层。
由此，获得了50％以上的外部量子效率。松下通过尝试还发现，采用半球状外部光提取层的话，外部量子效率提高到了66％，发光效率提高到了160lm/W。
松下实际开发的10cm见方面板的外部量子效率为56％。以5.4V的驱动电压获得1000cd/m2亮度时的发光效率为133lm/W，亮度半衰期（LT50）长达15万小时以上。LED照明等常用的指标——亮度降至初期70％的LT70也达到4万多小时，与LED灯泡等不相上下。相关色温（CCT）为2600K，CIE1931色坐标为（0.48，0.43）。显色指数（CRI）为84。
松下已经开始推进下一步的开发，“200lm/W的发光效率也逐渐取得眉目”（该公司）。
“有机EL照明依然有前途”
松下2014年3月底清算了与出光兴产合资设立的有机EL照明销售公司“松下出光OLED照明（PIOL）”。对此有部分报道称，松下将退出有机EL照明业务，但松下技术本部策划室技术总监菰田卓哉明确否定了这种观点。
菰田表示，“有机EL照明市场的扩大时间似乎比当初预计的晚2年左右，因此为削减支出关闭了PIOL，但松下完全没有退出有机EL照明业务的打算。非但不退出，还要面向商业化强化研究开发”。
在此次演讲中，松下还预测称，“2020年前后有机EL照明面板的发光效率将达到200lm/W，超过LED照明的灯具效率，成为照明市场的主角”。
柯尼卡美能达决定量产柔性有机EL照明板
柯尼卡美能达代表执行董事社长松崎正年大声宣布：“我们的目标是，在处于成长阶段的有机EL照明市场上领先他人。我们现在已经做好了正式开展业务的准备。”柯尼卡美能达宣布2014年秋季开始量产照明用有机EL面板。该公司将投资约100亿日元，在日本山梨县中央市的柯尼卡美能达甲府工厂内建设量产线。预定的产能按150mm×60mm的面板换算约为60万块/月。
在照明领域，LED正在逐步取代以前的荧光灯，柯尼卡美能达将看好这个时机向薄型面光源——有机EL照明发起挑战。松崎社长预计：“随着有机EL技术进步，市场将稳步增长，到2020年，全球市场将超过3000亿日元”。该公司的目标是到2020年使销售额达到500亿日元以上。
首先向汽车和飞机推广
柯尼卡美能达将要量产的有机EL照明面板主要有两种。一种是白色面板，另一种是带调色功能、可调出多种颜色光的面板（图1）。白色有机EL照明板的尺寸为150mm×60mm，厚度为0.35mm，重5g。带调色功能的照明板尺寸为50mm×30mm，厚度为0.29mm，重0.6g。
两种照明面板的共同特点是采用树脂基板，最大弯曲程度对应的曲率半径为10mm。该公司计划将有机EL应用于住宅及办公室的普通照明，不过“首先将向汽车及飞机的室内照明等领域推广”。这些用途都有很多曲面，“用玻璃基板产品无法实现，因此我们的柔性产品具有优势”（松崎）。
在有机EL面板面临的一大课题——成本方面，将采用卷对卷（R2R）方式提高生产效率。卷状基板的长度为约2000m。基板上的成膜工艺“组合使用了涂敷和蒸镀”（KONICA MINOLTA ADVANCED LAYERS公司OLED业务部长辻村隆俊）。保护发光元件的保护膜是柯尼卡美能达自己的产品，水蒸气透过率达到约10-6g/（m2·day）。
在照明用有机EL面板方面，三菱化学和先锋也于2014年3月开始量产供货双发合作开发的产品，该产品的生产由Pioneer OLED Lighting Devices公司负责。投资额为几十亿日元，生产规模为每月几万块。面板尺寸为92.4mm×92.4mm，厚度为4.3mm。特点是发光层采用涂敷工艺形成。与采用蒸镀工艺相比，“制造成本只有其1/10～1/5”（先锋）。
三菱电机试制“可直接装在灯座上”的有机EL灯具
三菱电机在日本东京国际照明展览会“LED Next Stage 2014”上参考展出了多种有机EL灯具。
其中一款叫做“OLED灯”，是跟白炽灯泡等一样配备E26灯头的有机EL照明板。以前，有机EL照明大多采用独立的灯具和电源，从未考虑代替白炽灯泡等的用途。这款灯具问世后，普通家庭也可以轻松使用有机EL照明了。
照明面板的尺寸大约为16cm见方，厚度为8mm。发光面板是三菱电机从其他公司采购的。发光效率和亮度未公布。
据三菱电机介绍，在将正方形的有机EL发光板做成拥有E26灯头的灯具时，还做了特别的设计，那就是使发光板可以独立于灯头单独转动90度。
普通灯泡是圆形的，安装到灯座上就能使用。但正方形的有机EL面板安装到灯座上时，面板的照明角度可能不合适。因此，在安装到灯座上以后，最大可以将照明板转动90度。
此外，三菱电机还展出了将有机EL照明面板不规则排列在墙上构成的“OLED element”，以及将有机EL照明和LED灯组合在一起、用LED灯来弥补有机EL照明光量不足的“OLED＋LED台灯”等。
先锋将量产有机EL照明板，发光层通过涂敷法形成
先锋将在2014年3月底之前开始量产有机EL照明板。这是全球首次量产通过涂敷工艺形成发光层等的有机EL照明板。
先锋和三菱化学联合开发出了“发光层涂敷方式”的有机EL板，已从2013年9月底开始样品供货。这种方式是在提取光线的玻璃基板上形成电极之后，在电极上通过涂敷工艺形成衬底层和发光层。
2013年9月底发布的照明板的性能参数为，最大亮度为2000cd/m2时，LT70（亮度下降至初期亮度70％的寿命）达到3万个小时、色温为2700K。在CEATEC JAPAN 2013上，先锋的解说员介绍称，发光效率的目标是达到45lm/W。不过先锋也表示，“目前正在确定照明板采购商和性能参数的详情，也可能与之前的数值不同”。
有机EL照明板的销售由先锋与三菱化学在2013年6月共同成立的有机EL照明销售公司“MC Pioneer OLED Lighting（MPOL）”负责。预定由先锋和MPOL单独开发照明器具。
此前，先锋曾采用可调色有机EL照明面板试制了化妆台“美人照明”，并在CEATEC JAPAN 2012上作了展示。该照明可选择适合室外、办公室及晚会现场等不同场合的光线。据称，由此可以避免在家里化出的妆容与所要去的场合效果完全不相称的情况出现。
东京六本木新城用三菱化学等的有机EL面板制成圣诞树
日本MC Pioneer OLED Lighting公司（MPOL）销售的有机EL（电致发光）照明面板日前被东京六本木新城采用，用于构成圣诞树。照明面板进行了防雨处理，可在室外长时间使用。MPOL销售有机EL照明面板及模块，由三菱化学公司与先锋公司对半出资设立。
用于圣诞树的是以“VELVE”品牌销售的有机EL照明面板，共使用了216枚，14厘米见方及7厘米见方的产品各108枚。具备有机EL特有的柔和光线、全彩调色及调光功能，影响视线的刺眼感较少、发热量较小，因此可设置于任何场所。此次是首次实现在室外长时间使用。
据称VELVE可表现作为圣诞树主要构成的蜡烛的火焰色，以及让人想到威士忌酒的琥珀色，使设置圣诞树的广场整体呈现温馨氛围。负责灯彩设计的照明设计师说：“要对人及环境影响较小，并能够表现丰富色彩，因此我们采用了最尖端的有机EL。”
三菱化学和先锋将以此次采用为契机，开发充分利用有机EL照明优点的新用途。将通过MPOL推进相关业务，进一步开拓市场。
总结：
有机EL曾被称为理想的新一代发光材料，有很多企业涉足，有机EL的光源采用施加电压会发光的有机材料。特点是易于扩大面积、重量轻和耗电量少。如果基板采用树脂而非普通的玻璃，还能制成曲面形状。除了照明用途，还可用于电视等显示器，在这两大用途的普及备受期待。
今后，有机EL是步入衰退，还是会被坚持该业务的企业找到突破口而一举重生？其生死存亡将在今后几年内明了。
