【SID】NHK与日本触媒开发出耐气蚀的有机EL元件

NHK与日本触媒开发出了对空气中的氧气和水分的耐受能力远远高于以往试制品的有机EL元件，并在显示器技术学会“SID 2013”上发表了演讲（演讲序号：P.140L）。此外，在2013年5月28日举办的“NHK技研展2013”的预展上，两家还展示了利用该技术制作的显示器的实际工作情况。

柔性有机EL实用化的捷报

最近，在柔性有机EL显示屏和有机EL照明的开发向前推进时，耐久性成了实用化的一大难题。虽然能够通过强化元件外部密封层的隔离性能解决这一问题，但这种方法必须要使用特殊材料，难免会抬高成本。而NHK与日本触媒此次开发的技术表明，只需改变元件内部的构造和材料，就能大幅提高耐久性。

从发表的内容来看，以往的试制品如果暴露在空气中，随着阴极的不断氧化，100天后，发光面积将减少到1/2，而此次的元件几乎没有劣化。这样的话，元件外部使用的密封材料的成本就有可能下降。

NHK与日本触媒开发的有机EL元件采用“倒置有机EL”（inversed OLED，iOLED）构造，与底部发光型元件的电极间元件构造相反。具体来说，就是在透明基板/透明阴极（ITO）之上，依次形成电子注入层、电子传输层、发光层、空穴传输层、阳极（钛、金等)。而一般的底部发光型有机EL元件则是在玻璃等透明基板/透明阳极（ITO等）之上，依次形成空穴传输层（PEDOT:PSS等）、发光层、电子传输层、电子注入层，最后形成阴极（铝等）。

对于传统构造的元件，大多数元件背面的阴极铝（Al）层上，都有被称作“针孔”的小孔。而且，铝层下面的电子注入层普遍使用的氟化锂（LiF）特别怕氧、怕水。因此，如果为了实现柔性而只使用树脂密封，那么，电子注入层将首先劣化，被称作“暗斑”的不发光部分会越来越多。

为此，NHK与日本触媒决定在电子注入层采用其他材料。但是，其他材料多数都要使用能耗大的制造工艺“溅射”，会破坏已经形成的电子传输层和发光层等。因此，两家公司选择了能够在形成电子传输层之前，先形成电子注入层的iOLED构造。

与此同时，元件背面作为电极的铝层也被空穴少的Ti/Au层替代，以提高对氧气、水分腐蚀的耐久性。


iOLED构造（右）与一般的底部发光型有机EL元件（左）的构造相反。重点在于电子注入层位置不同。 （点击放大）

在NHK技研展2013上展出的、使用iOLED构造的元件制作的5英寸红色单色有机EL显示屏。像素相当于QVGA（320像素×240像素），像素密度为80ppi。线缺陷非常明显，但原因在于制造工艺，并不是受到空气影响劣化的结果。 （点击放大）

不过，对于替代LiF的电子注入层材料，NHK只透露“是不易氧化，在功函数上与ITO整合性很高的材料”。而在此之前，有机EL开发之所以很少采用iOLED构造，正是因为二者的整合性差，“很难把ITO作为阴极使用”。

耐久性比较方面，双方实施了将下述三种元件放置在常温空气环境中进行比较的实验。三种元件分别是：（1）发光侧使用玻璃基板、背面用普通的树脂基材料密封的采用通常的底部发光结构的元件，；（2）密封方式相同，采用iOLED构造、电子注入层材料A的元件；（3）密封方式相同，采用iOLED构造、电子注入层材料B的元件。

结果显示，（1）在20天后开始明显出现代表劣化的不发光的暗斑，100天后，发光部分的1/2已经劣化。（2）在40天后劣化开始趋于明显。而（3）在100多天后仍未发现劣化。

根据以上结果，像元件（2）那样只是采用iOLED构造并不能充分提高耐久性，除了iOLED构造之外，电子注入层材料的选择也是提升耐久性的重要条件。（记者：野泽 哲生，《日经电子》）