OLED 在照明領(lǐng)域應(yīng)用特點(diǎn)及固定方案

馬永強(qiáng)

（固安翌光科技有限公司，河北 廊坊 065500）

1 照明光源的發(fā)展簡(jiǎn)介

1879 年12 月31 日，愛(ài)迪生第一次展示了白熾燈，標(biāo)志著人類從此不再需要晚上點(diǎn)亮蠟燭來(lái)實(shí)現(xiàn)照明。隨著科技的發(fā)展，更多的照明光源產(chǎn)品被設(shè)計(jì)、制造出來(lái)，使人類世界更加明亮多彩。

在這一百多年的照明技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，照明光源主要經(jīng)歷了白熾燈（Incandescent）、節(jié)能熒光燈（Fluorecsent）、LED（Light-Emitting Diode）燈、OLED（Organic Light-Emitting Diode） 燈等技術(shù)的發(fā)展。OLED 作為新興的技術(shù)越來(lái)越被人們重視與接收。

2 各照明光源的工作原理及技術(shù)特點(diǎn)

白熾燈發(fā)光原理為熱輻射，即燈絲在通過(guò)電流后，加熱發(fā)光，其優(yōu)點(diǎn)是顯色指數(shù)高，但缺點(diǎn)更加明顯，如光效低、壽命短、能耗低，絕大部分能量轉(zhuǎn)化為熱量輻射出去了，造成了巨大能源來(lái)那浪費(fèi)。

熒光燈工作原理為電子打擊水銀蒸汽，產(chǎn)生紫外線，紫外線再照射燈管內(nèi)壁上的熒光粉，激發(fā)它從而產(chǎn)生可見(jiàn)光，其優(yōu)點(diǎn)為比白熾燈更節(jié)能，但存在汞危害、紫外線危害等，嚴(yán)重影響了環(huán)境安全與使用安全。

LED 的發(fā)光原理為無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，電子與空穴復(fù)合，得到的能量以光子的形式釋放，導(dǎo)致發(fā)光，其具有光效高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但其炫光強(qiáng)，長(zhǎng)時(shí)間在LED 照明燈下工作，容易使人產(chǎn)生疲勞感。

OLED 的發(fā)光原理為有機(jī)半導(dǎo)體發(fā)光材料在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)載流子注入、傳輸、電子和空穴結(jié)合形成激子，進(jìn)而輻射復(fù)合導(dǎo)致發(fā)光的現(xiàn)象。作為新興光源，其具有顯色指數(shù)高、超博化、可透明、可柔性、冷光源、無(wú)紫外、無(wú)紅外、無(wú)眩光等優(yōu)點(diǎn)，但壽命與成本是制約其發(fā)展的因素，而世界上各相關(guān)研究組也在研發(fā)更高效率、壽命更長(zhǎng)的OLED 照明產(chǎn)品，希望進(jìn)一步降低成本，實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化，同時(shí)，隨著全球?qū)G色能源與環(huán)境保護(hù)的重視，OLED 所獨(dú)有的光源特性，能有效地減少能源損失，這種既環(huán)保又高效的光源一定會(huì)得到很好的應(yīng)用，并能對(duì)推動(dòng)綠色能源與環(huán)境保護(hù)的進(jìn)展起到積極的意義具體見(jiàn)表1。

表1 OLED、LED 和節(jié)能熒光燈性能比較

OLED 作為自發(fā)光的固態(tài)照明的面光源，可實(shí)現(xiàn)大面積照明，其白光OLED 光譜是目前最接近早上八點(diǎn)鐘的陽(yáng)光光譜，且不含紫外、紅外輻射，也無(wú)藍(lán)光危害。點(diǎn)亮?xí)r光源表面溫度與人體體溫接近，皮膚可以安全觸摸，色溫可調(diào)節(jié)、無(wú)眩光、節(jié)能，是迄今為止在人眼可見(jiàn)光范圍內(nèi)最接近自然光的友好光源。

3 OLED 照明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

OLED 在結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)為三明治結(jié)構(gòu)，即分為封裝層、OLED 器件層、基板層三層結(jié)構(gòu)，其中OLED 器件層被包覆在封裝層與基板層之間，且OLED 器件層的厚度約為頭發(fā)絲的1/50，所以封裝層與基板層的厚度決定了整個(gè)OLED 光源的厚度，見(jiàn)下頁(yè)圖1。

目前封裝層一般有硬質(zhì)封裝（玻璃材質(zhì)封裝）與柔性封裝（薄膜封裝，薄膜可以為鋁膜、PET 等材質(zhì)）兩種，而基板層一般也是分為硬質(zhì)基板（ITO 玻璃基板）與柔性基板（PI 柔性襯底）兩種。這樣可以產(chǎn)生以下三種基本組合：硬質(zhì)基板加硬質(zhì)封裝，整體為硬質(zhì)光源；硬質(zhì)基板加柔性封裝，整體為硬質(zhì)光源；柔性基板加柔性封裝，整體為柔性光源。

圖1 OLED 結(jié)構(gòu)示意圖

OLED 器件層，一般為采用真空蒸鍍法沉積成膜工藝，其具體操作是在真空中加熱蒸發(fā)容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子從表面汽化逸出，形成蒸氣流，入射到固體襯底或基板的表面，凝結(jié)形成固態(tài)薄膜。這樣再被封裝層覆蓋，從而形成面光源，這樣OLED 器件層的面積有多大，發(fā)光面積就能有多大，他不再使點(diǎn)光源或使線光源受空間限制。如果OLED 器件層的電極層、有機(jī)材料層都選用具有透光性的材質(zhì)，那么配合透明的封裝層OLED 就能成為透明光源。綜合OLED 光源的結(jié)構(gòu)形式可以分為以下四種組合形式：硬質(zhì)光源單側(cè)發(fā)光，即非透明光源；硬質(zhì)光源雙側(cè)發(fā)光，即透明光源；柔性光源單側(cè)發(fā)光，即非透明光源；柔性光源雙側(cè)發(fā)光，即透明光源。

上述的這些OLED 光源特點(diǎn)，再配合OLED 為溫暖柔和的面光源，并且易于制成柔性可彎曲、透明性光源，經(jīng)過(guò)世界各國(guó)優(yōu)秀研究人員的共同努力，現(xiàn)在OLED 照明缺點(diǎn)逐步得到改善；而且結(jié)合其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時(shí)再加上其外形可以根據(jù)空間、場(chǎng)景、設(shè)計(jì)構(gòu)思進(jìn)行任意設(shè)計(jì)、切割、生產(chǎn)，也能夠?yàn)檎彰髟O(shè)計(jì)師提供更多的設(shè)計(jì)靈感與無(wú)限想象，各種造型如圖2。OLED 光源散熱好，不需要額外增加散熱元件增高燈具成本。因此，也為OLED 在照明行業(yè)的應(yīng)用提供了綜合成本優(yōu)勢(shì)。

圖2 多種造型設(shè)計(jì)圖

4 OLED 光源在照明應(yīng)用中的固定方案

OLED 光源的固定方案取決于其固有結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如其為面光源、就有柔韌性、可彎折、可透明等形態(tài)特點(diǎn)，賦予了其不同于以往如LED 點(diǎn)光源、節(jié)能熒光燈線光源的固定方式，使其更具有獨(dú)特性。下面將圍繞硬質(zhì)不透明光源、硬質(zhì)透明光源、柔性不透明光源及柔性透明光源四種OLED 光源分類進(jìn)行闡述。

4.1 硬質(zhì)不透明OLED 光源

硬質(zhì)不透明OLED 光源是市場(chǎng)上最為成熟的OLED 光源，其光源本身的可靠性及制程工藝都已經(jīng)達(dá)到量產(chǎn)水平，隨著市場(chǎng)的不斷發(fā)展，其自身的使用成本會(huì)進(jìn)一步大幅度降低，這樣能夠進(jìn)一步提高OLED 光源應(yīng)用的普及。

作為較為成熟的光源，市場(chǎng)上已經(jīng)有了較多的產(chǎn)品應(yīng)用，其固定方式多為膠粘，一般為雙面膠直接貼合在光源背面，然后再將整體固定在結(jié)構(gòu)件上，這樣操作簡(jiǎn)單，便于生產(chǎn)。但是對(duì)一些對(duì)可靠性要求較高的地方，其還會(huì)采用結(jié)構(gòu)件卡接配合灌封膠滴膠固定，這里一定要注意結(jié)構(gòu)件卡接與OLED 硬質(zhì)光源的間隙，避免將光源壓碎。

4.2 硬質(zhì)透明OLED 光源

硬質(zhì)透明OLED 照明屏的固定形式一直影響著產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)與產(chǎn)品本身的美學(xué)效果，現(xiàn)有技術(shù)一般是通過(guò)透明膠體將透明OLED 照明屏體固定在透明的背架上，從而起到固定透明OLED 照明屏體的作用，但目前透明背架、透明膠體與OLED 屏體件總會(huì)出現(xiàn)粘貼面不能百分百接觸，不接觸地方容易產(chǎn)生氣泡，而且光線通過(guò)膠體、背架也會(huì)造成光損，造成光效降低，這樣在此提出一種固定方式來(lái)改善上述問(wèn)題。

本方式分為透明硬質(zhì)OLED 照明屏體與背架兩部分，其中OLED 是帶有FPC 的模組。背架作為一個(gè)結(jié)構(gòu)，其與OLED 固定的部分做成內(nèi)凹槽型，其結(jié)構(gòu)與OLED 的邦定區(qū)配合，為了固定牢固，可在內(nèi)凹槽型內(nèi)注入灌封膠水，然后將OLED 屏體插入槽中。背架可以是單獨(dú)一個(gè)配一個(gè)OLED，也可以一個(gè)背架配多個(gè)OLED，背架也可以通過(guò)螺釘、熱鉚等其他方式固定在另一個(gè)整體支架上，滿足造型需求。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

上述結(jié)構(gòu)提供了一種硬質(zhì)透明OLED 照明屏體的固定方案，實(shí)現(xiàn)了硬質(zhì)透明OLED 照明屏體在產(chǎn)品上造型靈活多樣性的固定需求。

4.3 柔性不透明OLED 光源

柔性O(shè)LED 技術(shù)的發(fā)展，為OLED 照明應(yīng)用提供了更加廣闊的空間，它將OLED 的平面應(yīng)用延伸到曲面空間應(yīng)用，甚至為三維空間應(yīng)用創(chuàng)造了可能。柔性O(shè)LED 照明技術(shù)作為較為前沿技術(shù)，距量產(chǎn)還有一段路要走，但要根據(jù)其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行固定方案的設(shè)計(jì)。其主要方案將會(huì)沿用硬質(zhì)OLED 光源的成熟固定方案-膠粘方式，這里也將多采用雙面膠固定。

圖3 透明硬質(zhì)OLED 固定結(jié)構(gòu)示意圖

4.4 柔性透明OLED 光源

目前柔性透明OLED 光源應(yīng)用案例較少，但這不影響其發(fā)展的方向，因?yàn)榇思夹g(shù)將進(jìn)一步拓展OLED 光源的應(yīng)用領(lǐng)域。在這里可以對(duì)可能出現(xiàn)的固定方案做如下闡述，首先是膠粘的應(yīng)用，這需要克服貼合性的問(wèn)題，使雙面膠能與OLED 光源完全貼合，避免貼合氣泡影響整體外觀及使用效果。這里建議采用將OLED 成品置于結(jié)構(gòu)件注塑模具內(nèi)，使其與結(jié)構(gòu)件一體成型，但這需要后期的工藝驗(yàn)證。

5 結(jié)語(yǔ)

OLED 作為新一代的照明光源，具有平面發(fā)光性好、柔韌可彎曲性強(qiáng)、透明性好、外形可任意裁切等特點(diǎn)，使其在照明光源中占有獨(dú)特的位置，這些特點(diǎn)也注定了OLED 光源需要有自己獨(dú)有的固定方案，有些已經(jīng)比較成熟，如雙面膠固定，但有些工藝還需驗(yàn)證，如將柔性光源放到結(jié)構(gòu)注塑模具內(nèi)一體成型工藝。同時(shí)，OLED 具有無(wú)紫外、無(wú)紅外、無(wú)眩光、高顯指等優(yōu)點(diǎn)，屬于綠色有機(jī)健康光源。OLED必將成為照明產(chǎn)業(yè)界的研究熱點(diǎn)，并最終走進(jìn)人們的日常生活。