照明用有機EL高出力化の問題点照明用有機高出力化の問題点_ 高出力化の問題点信頼性向上と輝度ムラ改善津山工業高等専門学校電気電子工学科教授植月唯夫 1 背景：従来技術の懸念点 • 有機ELは表示用発光素子として研究開発されてきた。近年、その優れた面発光性能から、照明用途に向けての研究開発がなされている。 • 照明用途では、表示用途とは異なった評価尺度が用いられる。 – 高出力（大光束）が必要 – 長寿命が必要（LEDは4万、蛍光灯1.2万~2万） – 明るさ（光束）70%が寿命（表示用途では50%） 2 高出力化が及ぼす影響ルーバー付蛍光灯器具の器具効率 ⇒ 約0.6 Hf蛍光ランプ3本の定格出力 ⇒ 約10500ルーメン（総合効率約60ルーメン／W) 約10500×0.6ルーメン／（約120cm×30cm） ⇒ 約1.75ルーメン／cm2 ⇒ 約112ルーメン／ 112ルーメン／8cm ルーメン／8cm× 8cm×8cm 約35.7カンデラ／（8×8）cm2 ＝約5500cd/m2 参考：2014年 ⇒ 3000cd/m2 60ルーメン/W（開発品）寿命40000 時間 3 長寿命化が及ぼす影響光束維持率 100% 放電ランプの光束維持率曲線） 70% 50% 50以下 100 点灯時間(au) 寿命時間の定義がLT50⇒LT70では、寿命時間は半分以下 4 背景：従来技術の問題点照明用のための高出力化大面積化、大入力化輝度ムラ等寿命性能低下 5 光束・輝度出力と輝度ムラ、光束の関係電流 6 点灯時間と輝度ムラの関係 7 放置（消灯）時間と不点（？）の関係輝度電圧点灯試験後、約6か月放置電流電流 8 問題点の整理および発生原因の究明 • 点灯後放置することによる不点（？）が発生する • 入力を増加させると輝度ムラが顕著になる • 点灯時間により輝度分布が変化する輝度ムラ、不点？共に電極間隔変化が原因・・・・ 9 放置による輝度ムラ（不点？）発生の原因輝度ムラ（不点？）発生後の電気特性（電圧の低下） ⇒ 電極間の短絡であると推測消灯時に電極間に働く力残留電荷による静電力 10 不点発生理由電極間隔にバラツキがある場合透明電極の抵抗に差がある場合電極間引力が場所により異なる電極間隔に差ができ、残留電荷分布は一様にならない電極間隔の違いを大きくする方向に力が働きため、短絡短絡有機ELは不点灯有機は不点灯 11 有機ELの電極間距離有機の電極間距離構造的にコンデンサ S C=ε d 誘電率⇒一定電極面積⇒一定静電容量の変化は電極間距離の変化 12 静電容量の測定 C=10ｎF R=10kΩ 13 有機ELの電極間距離有機の電極間距離 S C=ε d C1 ＞ C2 （前半）電荷が多く存在している C1：100% 電極間距離が短い（後半）電荷が少ない ⇒ C2：47～83% 電極間距離が長い 14 不点（？）モードからの回復交流点灯放置により輝度低下発生したものが交番電界を印加することで復帰交流点灯後復帰約半年放置 15 電極間変位の測定点灯表面に輝度ムラが発生有機EL素子表面の凹凸の有機素子表面の凹凸の変化が輝度ムラの原因凹凸の変化と点灯時間の相関を調査 16 表面変位の測定超高速インラインプロファイル測定器電圧をかけることによって起こる発光層の変化を素子表面の膨らみを測ることによって考察する 17 表面変位測定結果表面の変位が安定するのに10分以上かかる変位が数百µmと大きい 18 素子温度の影響確認＜目的＞点消灯時の特徴的な変化が発光層の電気的な変化なのか点灯熱による変化なのかを調査する 19 構造図と原因についての推測素子１素子２樹脂は発光層と比べて明らかに体積が大きく熱容量も大きいため温度による変化に時間がかかるそのため長い時間で凹む特性は樹脂によるものであり、短時間の変化である点灯・消灯時の特性が発光層の変化であると仮定する 20 実用化に向けた課題 • 有機ELの発光特性の経年変化や温度依存性など、信頼性に関係する項目は以下の性質に依存する。 – 電極（透明導電膜）の導電率 – 発光層材料の誘電率、粘性 – 封止材料の膨張率、粘性など • これらは構造・材料と密接な関係があり、汎用的な評価手段にまで落としこめていない。 21 企業への期待 • 材料によっては、残留電荷の影響を考慮する必要があることを掴んだ。 • 有機ELの発光特性の経年変化や温度依存性など、信頼性に関係する項目は表面変位を測定することで推測できるようになった。 H25年度電気・情報関連学会中国支部連合大会電気学会奨励賞（宮永和典）照明学会奨励賞（丸山慎平） H26年度電気・情報関連学会中国支部連合大会電気学会奨励賞（岡遼）これらの技術を各企業の評価手法に取り入れて、開発のスピードアップや信頼性の向上に利用してほしい。 22 本技術に関する知的財産権 • 発明の名称： – ①照明用有機ELの点灯装置 – ②照明用有機EL • 出願番号： – ①特願2013-36797（特開2014-165104） – ②特願2013-259790（特開2015-118752） • 出願人： – 独立行政法人国立高等専門学校機構 • 発明者：植月唯夫 23 お問い合わお問い合わせ合わせ先（必須（必須）津山工業高等専門学校コーディネーター柴田政勝ＴＥＬ０８６８－２４－８３３３ＦＡＸ０８６８－２４－８４０６ e-mail rennkei ＠ tsuyama-ct.ac.jp 24