针对有机EL的专利——“自然面发光光源”出现了多项对抗技术。其中之一就是采用单层碳纳米管(SWCNT)的冷阴极场致电子发射型(FE)发光器件“FPL:flat panel lighting”。
该器件由日本东北大学研究生院环境科学研究科与同和控股共同开发。开发中将此前主要面向显示器用途开发的FED(field emission display)技术应用到了照明领域。
FED技术在真空中从阴极发射电子到荧光材料上使之发光,这一点沿袭了显像管技术的原理(图1)。2000年代初,利用FED技术开发薄型显示器的研究十分活跃。
新能源产业技术综合开发机构(NEDO)等还推进了将CNT用作阴极的FED开发。但由于CNT阴极的寿命较短,成本高,未能实用化。
此次,东北大学与同和控股利用将SWCNT分散到溶剂中,然后涂布到电极上的方法制作了阴极,大幅提高了CNT阴极的寿命。“连续通电500小时也能确保初期性能的90%以上”(东北大学)。以前用于FED的CNT阴极大多都是只通电几十个小时性能就劣化到50%以下。与原技术的最大不同是,“此次开发出了高品质的SWCNT精炼技术”(东北大学)。
发光效率与有机EL相当
据东北大学介绍,FPL照明技术的特点是,有望以低耗电量实现高亮度。例如,制作的绿色发光元件的初期性能在0.1W的输入功率下为4000cd/m2,发光效率为40lm/W。该发光效率可以与现在市售的有机EL照明产品相匹敌(图2)。“几年后应该会与LED相当”(东北大学)。
不过,实用化还存在几个课题。首先,发光的均匀性迅速下降问题(图3)。这是“因为SWCNT的端部分布不均、荧光材料寿命非常短所致”(东北大学)。“SWCNT的分布不均利用半导体技术成膜的话应该能解决,但荧光材料的寿命仍是今后需要解决的课题”(同和控股)。
在2013年1月16~18日的展会“LIGHTING JAPAN 2013”上展出的发光元件在1月18日的样子。发光面积均为约1cm见方。在展会第三天的亮度不均非常严重。
另一个课题是必须将发光元件封装于约0.1Pa的中度真空中(图4)。虽然可以采用玻璃制成薄型面板,但制成轻量柔性的薄膜状需要较长时间。
大面积、可弯曲的照明产品亮相
有机EL照明的另一项对抗技术是TAZMO采用无机EL技术开发的照明器具。TAZMO已经利用PET基板开发出了A4尺寸和A2尺寸的轻量可弯曲无机EL照明器件(图5)。
TAZMO在LIGHTING JAPAN 2013上展出的无机EL照明薄膜。展出了A4尺寸、A2尺寸,以及直接以圆筒形发光的产品等多款开发品。
无机EL的特点是,“容易实现大面积化,均匀性高”(TAZMO)。不过,亮度和寿命方面存在的课题是,“在5W的输入功率下亮度为300cd/m2,寿命减半的时间为3000小时”(该公司)。