現(xiàn)在，城戶教授正在為了實現(xiàn)發(fā)光效率達到200lm/W的有機EL元件而開展研發(fā)。在為幾項關(guān)鍵技術(shù)設(shè)定的目標中，目前尤其重視的是降低元件的驅(qū)動電壓。

降低驅(qū)動電壓意味著降低材料界面上的損耗。另外，低電壓驅(qū)動對應(yīng)用于可穿戴終端等也至關(guān)重要。城戶表示：“希望通過降低電壓，實現(xiàn)干電池驅(qū)動有機EL發(fā)光”。

在低于帶隙的驅(qū)動電壓下發(fā)光

降低驅(qū)動電壓的關(guān)鍵是優(yōu)化元件結(jié)構(gòu)，尤其是要優(yōu)化陰極材料及電子注入層(EIL)材料。最近，城戶研究組通過這些優(yōu)化，大幅降低了有機EL元件的驅(qū)動電壓，使有機EL元件在低于發(fā)光材料帶隙的微小電壓下也能發(fā)光。比如，采用發(fā)光波長為523nm、帶隙為2.38eV的發(fā)光材料制成的有機EL元件可在1.97V的驅(qū)動電壓下發(fā)光(亮度為1cd/m2時)。有人指出這種現(xiàn)象不符合理論，而城戶教授毫不介意，表示“理論是用來解釋新現(xiàn)象的”。

關(guān)于這種驅(qū)動電壓比帶隙低也能發(fā)光的現(xiàn)象，與城戶教授一同領(lǐng)導(dǎo)研究室的山形大學(xué)有機電子研究中心研究生院理工學(xué)研究科的助教笹部久宏表示，“現(xiàn)在有人提出了這樣一種假設(shè)：隨著電荷在元件中的界面上的累積，電荷中形成了能量分布(玻爾茲曼分布)，其中高能量電荷為發(fā)光作出了貢獻”。

利用“全涂布”技術(shù)制作多層有機EL元件

除了提高元件發(fā)光效率的研究外，城戶教授還在研究具有革新性的制造技術(shù)，具體來說就是“全涂布”技術(shù)。

雖然利用涂布技術(shù)制作有機EL元件的實例已有不少，但城戶等人要開發(fā)的是通過全涂布工藝來制作MPE元件的技術(shù)。在有機EL元件中，MPE元件的構(gòu)成層數(shù)較多。以兩級MPE元件來說，包括陰極在內(nèi)，需要在ITO基板上形成的層約有10層。“完全以涂布法制作雖然很難，但最終實現(xiàn)了”(城戶)。

實際推進這項研發(fā)的山形大學(xué)有機器件工程專業(yè)的副教授夫勇進介紹稱，涂布采用的溶劑是不會溶解下層的“正交溶劑”，通過調(diào)整溶劑及分子量不同的溶質(zhì)的配比，成功制作出了MPE元件。

利用這項技術(shù)開發(fā)的發(fā)白光的單層有機EL元件，發(fā)光部分的面積為2mm見方，外部量子效率為20%，發(fā)光效率為34lm/W。夫勇進指出：“如果使用半球形透鏡來提取光，發(fā)光效率可提高到69lm/W。”

將電視機、照明和社交工具融為一體

城戶教授表示，這些開發(fā)不僅是為了提高性能，還著眼于有機EL未來的用途，那就是融電視機、照明、(智能手機等)社交工具為一體的“壁紙”。墻壁和天花板全部采用這種壁紙的話，原來發(fā)白晃眼的照明就可以變成飄著白云的藍天，墻壁也不僅可以播放電視影像、打電視電話，還可以放映沙漠及高山等喜歡的風(fēng)景。“墻壁上可以不用掛畫，而是放映富士山的影像”。

具體而言，城戶的遠大目標是開發(fā)“120英寸柔性有機EL壁紙”。除有機EL外，背板也采用印刷法制造。為實現(xiàn)這一目標，城戶前瞻性地制定了必要的關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)藍圖，并且正在按照這個藍圖推進開發(fā)。例如，前面提到的全涂布有機EL元件到2020年左右以很小的尺寸實現(xiàn)100lm/W的發(fā)光效率，在2016年左右開始開發(fā)量產(chǎn)面板。