【SID】NHK與日本觸媒開發(fā)出耐氣蝕的有機EL元件

NHK與日本觸媒開發(fā)出了對空氣中的氧氣和水分的耐受能力遠遠高于以往試制品的有機EL元件，并在顯示器技術(shù)學會“SID 2013”上發(fā)表了演講（演講序號：P.140L）。此外，在2013年5月28日舉辦的“NHK技研展2013”的預展上，兩家還展示了利用該技術(shù)制作的顯示器的實際工作情況。

柔性有機EL實用化的捷報

最近，在柔性有機EL顯示屏和有機EL照明的開發(fā)向前推進時，耐久性成了實用化的一大難題。雖然能夠通過強化元件外部密封層的隔離性能解決這一問題，但這種方法必須要使用特殊材料，難免會抬高成本。而NHK與日本觸媒此次開發(fā)的技術(shù)表明，只需改變元件內(nèi)部的構(gòu)造和材料，就能大幅提高耐久性。

從發(fā)表的內(nèi)容來看，以往的試制品如果暴露在空氣中，隨著陰極的不斷氧化，100天后，發(fā)光面積將減少到1/2，而此次的元件幾乎沒有劣化。這樣的話，元件外部使用的密封材料的成本就有可能下降。

NHK與日本觸媒開發(fā)的有機EL元件采用“倒置有機EL”（inversed OLED，iOLED）構(gòu)造，與底部發(fā)光型元件的電極間元件構(gòu)造相反。具體來說，就是在透明基板/透明陰極（ITO）之上，依次形成電子注入層、電子傳輸層、發(fā)光層、空穴傳輸層、陽極（鈦、金等)。而一般的底部發(fā)光型有機EL元件則是在玻璃等透明基板/透明陽極（ITO等）之上，依次形成空穴傳輸層（PEDOT:PSS等）、發(fā)光層、電子傳輸層、電子注入層，最后形成陰極（鋁等）。

對于傳統(tǒng)構(gòu)造的元件，大多數(shù)元件背面的陰極鋁（Al）層上，都有被稱作“針孔”的小孔。而且，鋁層下面的電子注入層普遍使用的氟化鋰（LiF）特別怕氧、怕水。因此，如果為了實現(xiàn)柔性而只使用樹脂密封，那么，電子注入層將首先劣化，被稱作“暗斑”的不發(fā)光部分會越來越多。

為此，NHK與日本觸媒?jīng)Q定在電子注入層采用其他材料。但是，其他材料多數(shù)都要使用能耗大的制造工藝“濺射”，會破壞已經(jīng)形成的電子傳輸層和發(fā)光層等。因此，兩家公司選擇了能夠在形成電子傳輸層之前，先形成電子注入層的iOLED構(gòu)造。

與此同時，元件背面作為電極的鋁層也被空穴少的Ti/Au層替代，以提高對氧氣、水分腐蝕的耐久性。


iOLED構(gòu)造（右）與一般的底部發(fā)光型有機EL元件（左）的構(gòu)造相反。重點在于電子注入層位置不同。 （點擊放大）

在NHK技研展2013上展出的、使用iOLED構(gòu)造的元件制作的5英寸紅色單色有機EL顯示屏。像素相當于QVGA（320像素×240像素），像素密度為80ppi。線缺陷非常明顯，但原因在于制造工藝，并不是受到空氣影響劣化的結(jié)果。 （點擊放大）

不過，對于替代LiF的電子注入層材料，NHK只透露“是不易氧化，在功函數(shù)上與ITO整合性很高的材料”。而在此之前，有機EL開發(fā)之所以很少采用iOLED構(gòu)造，正是因為二者的整合性差，“很難把ITO作為陰極使用”。

耐久性比較方面，雙方實施了將下述三種元件放置在常溫空氣環(huán)境中進行比較的實驗。三種元件分別是：（1）發(fā)光側(cè)使用玻璃基板、背面用普通的樹脂基材料密封的采用通常的底部發(fā)光結(jié)構(gòu)的元件，；（2）密封方式相同，采用iOLED構(gòu)造、電子注入層材料A的元件；（3）密封方式相同，采用iOLED構(gòu)造、電子注入層材料B的元件。

結(jié)果顯示，（1）在20天后開始明顯出現(xiàn)代表劣化的不發(fā)光的暗斑，100天后，發(fā)光部分的1/2已經(jīng)劣化。（2）在40天后劣化開始趨于明顯。而（3）在100多天后仍未發(fā)現(xiàn)劣化。

根據(jù)以上結(jié)果，像元件（2）那樣只是采用iOLED構(gòu)造并不能充分提高耐久性，除了iOLED構(gòu)造之外，電子注入層材料的選擇也是提升耐久性的重要條件。（記者：野澤 哲生，《日經(jīng)電子》）