OLED

摘 要:有機(jī)電致發(fā)光二極管(Organic Light Emitting Diode，簡(jiǎn)稱(chēng)OLED)在固體照明領(lǐng)域經(jīng)過(guò)十多年的飛速發(fā)展獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，極有可能成為下一代新型高效率照明組件。本文對(duì)OLED在固態(tài)照明領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)及其關(guān)鍵技術(shù)做了部分分析，并展望了我國(guó)在該領(lǐng)域發(fā)展所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞:OLED 照明

中圖分類(lèi)號(hào):TU11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)07(b)-0029-01

1 引言

在能源危機(jī)越來(lái)越嚴(yán)重的今天，固態(tài)照明因其具有高的發(fā)光功率效率，在未來(lái)照明市場(chǎng)必將占有非常重要的地位。據(jù)美國(guó)能源之星(Energy Star)統(tǒng)計(jì)，在一般家庭中，照明電力的花費(fèi)約為35%，另?yè)?jù)美國(guó)能源局分析，在辦公室的各種電能消耗中，照明約占22%，顯然這個(gè)比例很大。目前人類(lèi)最為常用的兩種照明光源白熾燈(發(fā)光效率一般為13-20lm/w)和熒光燈(發(fā)光效率一般為40-90lm/w)對(duì)能量的利用效率均不高。如果人類(lèi)能將白光OLED獨(dú)有的面光源的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)，勢(shì)必將對(duì)綠色能源的推廣和環(huán)保起到一個(gè)巨大的推動(dòng)作用。

OLED是指以有機(jī)半導(dǎo)體材料和發(fā)光材料作為其功能材料，在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下通過(guò)載流子注入和復(fù)合導(dǎo)致發(fā)光的現(xiàn)象。其基本原理是在器件的陽(yáng)極(如ITO膜)和陰極(金屬)加上一定電壓后，電子和空穴分別從陰陽(yáng)極注入到電子和空穴的傳輸層，并在發(fā)光層中相遇，形成激子并使發(fā)光分子激發(fā)從而輻射發(fā)出可見(jiàn)光。OLED在顯示和照明兩大應(yīng)用領(lǐng)域都顯示了巨大的發(fā)展?jié)摿凸饷髑熬埃@得了非常廣泛的關(guān)注。2005年OLED被美國(guó)有線(xiàn)電視新聞網(wǎng)(CNN)列為近25年對(duì)人類(lèi)最具影響力的25大創(chuàng)新技術(shù)之一;2006年OLED又被市場(chǎng)調(diào)研公司Gartner列為十大戰(zhàn)略技術(shù)的第三名。

2 OLED照明技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及其關(guān)鍵技術(shù)

在固體照明領(lǐng)域，OLED與LED相比，除了兩者共有的高效節(jié)能、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，還具有一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。(1)OLED屬于平面光源，發(fā)光柔和。OLED是自發(fā)光材料——材料本身自己主動(dòng)發(fā)光，每個(gè)像素都可以自行發(fā)光，故其視角范圍很大甚至可以說(shuō)是不存在可視角度的問(wèn)題。另外其發(fā)光柔和的特點(diǎn)尤其適用于室內(nèi)照明。(2)多樣性的基體材料。OLED可制作在多種襯底材料如玻璃等之上。其最為突出的優(yōu)勢(shì)是可實(shí)現(xiàn)柔性化，即可制備在柔性的基體如PET等上且易實(shí)現(xiàn)大面積、可隨意彎曲做各種造型。(3)制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，成本更低。在制備過(guò)程中無(wú)需做高溫處理，將來(lái)甚至可以采用印刷即卷對(duì)卷(Roll-to-Roll)工藝制備。其基本原理是用滾筒在柔性襯底上，以連續(xù)性滾壓復(fù)制的方式生產(chǎn)大面積的器件。此種制備方法具有快速、連續(xù)、大面積和低成本的優(yōu)勢(shì)。據(jù)報(bào)道，GE在2008年Global Research Center第一個(gè)發(fā)表采用此法的連續(xù)式量產(chǎn)OLED設(shè)備生產(chǎn)長(zhǎng)條形OLED Lighting。(4)發(fā)光材料來(lái)源廣泛。由于有機(jī)發(fā)光材料的多樣性，根據(jù)所需可以通過(guò)改變分子結(jié)構(gòu)來(lái)優(yōu)化OLED性能及設(shè)計(jì)發(fā)光的顏色。目前不管是低分子OLED還是高分子PLED，其發(fā)光顏色在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)均可任意調(diào)節(jié)。此外OLED還有輕薄短小、抗震性好、耐低溫、響應(yīng)時(shí)間快，驅(qū)動(dòng)電壓低、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)勢(shì)在軍事方面和日常生活領(lǐng)域里面表現(xiàn)的尤為突出。

盡管OLED作為新型照明組件有上述如此多的優(yōu)勢(shì)，但如果想要其取代傳統(tǒng)照明光源還需要在一些關(guān)鍵技術(shù)方面獲得突破性進(jìn)展。例如:發(fā)光效率、使用壽命、顯示質(zhì)量、低廉價(jià)格的大面積制造技術(shù)等。

白光OLED若要達(dá)到高功率的光照水平，有兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是必須攻克的;一是磷光發(fā)光材料，尤其是藍(lán)光;二是它的光萃取率。要做到類(lèi)似于熒光燈的應(yīng)用水平，OLED的功率效率至少要達(dá)到70lm/W。雖然目前已有100lm/W的OLED照明器件報(bào)道，但這是在非常極端的情況下所獲得的，而通常情況下其發(fā)光效率僅有30～50 lm/W。若達(dá)到如此高的效率，從材料的角度而言就必須采用發(fā)光效率可達(dá)100%的磷光材料。目前紅綠光磷光材料已沒(méi)有問(wèn)題，起重要作用的藍(lán)光磷光材料是急待解決的課題?，F(xiàn)在非常缺乏高效率、高穩(wěn)定性的藍(lán)光磷光發(fā)光材料，這也是目前主要的技術(shù)難點(diǎn)，故高性能實(shí)用化藍(lán)光磷光發(fā)光材料的量產(chǎn)化技術(shù)的研發(fā)已成為該領(lǐng)域的主要攻關(guān)方向。為攻克上述技術(shù)難點(diǎn)，近幾年的研究熱點(diǎn)集中為藍(lán)光熒光加紅、綠磷光的混合式白光結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)。另一方面從器件結(jié)構(gòu)角度而言，提高器件效率的關(guān)鍵在于優(yōu)良的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。多發(fā)光層結(jié)構(gòu)、單發(fā)光層結(jié)構(gòu)、疊層結(jié)構(gòu)和頂發(fā)射結(jié)構(gòu)是目前較好的器件結(jié)構(gòu)。目前制備白光OLED器件最多的一種是多發(fā)光層結(jié)構(gòu)，該種器件性能是目前最好的，工藝相對(duì)比較成熟，但其復(fù)雜的工藝過(guò)程可能會(huì)影響到它的生產(chǎn)成本和成品率問(wèn)題;這種結(jié)構(gòu)器件的另一不足就是其有時(shí)還存在光譜和色度坐標(biāo)隨驅(qū)動(dòng)電壓變化的情況。然而，由于其良好的器件性能，其不足方面完全可以通過(guò)器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)得到解決，多發(fā)光層結(jié)構(gòu)如果能夠在成品率上得到有效控制和大幅提升的話(huà)，該結(jié)構(gòu)非常有可能成為一種量產(chǎn)技術(shù)。目前有Philips、UDC、Novaled等公司使用這種結(jié)構(gòu)。另外若想提高光萃取效率就必須將基體波導(dǎo)模式和ITO/有機(jī)物波導(dǎo)模式盡可能的轉(zhuǎn)換為外部模式，從而使發(fā)光期間產(chǎn)生的光子更多地出射到器件外部，這也是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。其他方面諸如壽命等方面涉及到發(fā)光材料本身和器件的封裝問(wèn)題，都是需要重點(diǎn)解決的關(guān)鍵性課題。

3 OLED照明產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與展望

隨著白光OLED技術(shù)的不斷成熟，OLED照明產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程也不斷加快。世界上也成了多個(gè)專(zhuān)業(yè)的OLED照明公司和多條中試生產(chǎn)線(xiàn)。如日本的Lumiotec，初期擬投資14億日元，Panasonic則致力于開(kāi)發(fā)高顯色OLED照明產(chǎn)品;韓國(guó)擬投資70億韓元研發(fā)第四代OLED照明面板的量產(chǎn)設(shè)備;美國(guó)能源部聯(lián)合幾家公司投資2000多萬(wàn)美元建設(shè)北美地區(qū)首條OLED照明中試線(xiàn)。Osram將投資7000萬(wàn)美元建設(shè)一條OLED照明中試線(xiàn)，并推出一款光通量達(dá)300lm的產(chǎn)品PriOLED。

我國(guó)正在進(jìn)行白光OLED技術(shù)研發(fā)的院校和廠(chǎng)商也有不少，如清華大學(xué)吉林大學(xué)等單位并且取得了很好的進(jìn)展，整體而言國(guó)內(nèi)OLED照明技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)基本與世界同步。北京維信諾科技有限公司于2009年正式推出OLED照明產(chǎn)品，為國(guó)內(nèi)唯一一家開(kāi)始銷(xiāo)售OLED照明產(chǎn)品的廠(chǎng)商。

白光OLED照明技術(shù)的應(yīng)用勢(shì)必將極大的節(jié)省能源，有效緩解全球能源危機(jī)。其年產(chǎn)值預(yù)計(jì)將以千億計(jì)，同時(shí)也將帶來(lái)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的就業(yè)機(jī)會(huì)。我國(guó)應(yīng)抓住這個(gè)機(jī)遇，快速發(fā)展，迎頭趕上，相信不久的將來(lái)我國(guó)一定會(huì)成為OLED強(qiáng)國(guó)。

參考文獻(xiàn)

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