OLED

摘 要:有機電致發(fā)光二極管(Organic Light Emitting Diode，簡稱OLED)在固體照明領(lǐng)域經(jīng)過十多年的飛速發(fā)展獲得了長足的進步，極有可能成為下一代新型高效率照明組件。本文對OLED在固態(tài)照明領(lǐng)域的優(yōu)勢及其關(guān)鍵技術(shù)做了部分分析，并展望了我國在該領(lǐng)域發(fā)展所面臨的機遇和挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞:OLED 照明

中圖分類號:TU11文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(b)-0029-01

1 引言

在能源危機越來越嚴(yán)重的今天，固態(tài)照明因其具有高的發(fā)光功率效率，在未來照明市場必將占有非常重要的地位。據(jù)美國能源之星(Energy Star)統(tǒng)計，在一般家庭中，照明電力的花費約為35%，另據(jù)美國能源局分析，在辦公室的各種電能消耗中，照明約占22%，顯然這個比例很大。目前人類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)對能量的利用效率均不高。如果人類能將白光OLED獨有的面光源的優(yōu)勢發(fā)揮出來，勢必將對綠色能源的推廣和環(huán)保起到一個巨大的推動作用。

OLED是指以有機半導(dǎo)體材料和發(fā)光材料作為其功能材料，在電場驅(qū)動下通過載流子注入和復(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?，獲得了非常廣泛的關(guān)注。2005年OLED被美國有線電視新聞網(wǎng)(CNN)列為近25年對人類最具影響力的25大創(chuàng)新技術(shù)之一;2006年OLED又被市場調(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，還具有一些獨特的優(yōu)勢。(1)OLED屬于平面光源，發(fā)光柔和。OLED是自發(fā)光材料——材料本身自己主動發(fā)光，每個像素都可以自行發(fā)光，故其視角范圍很大甚至可以說是不存在可視角度的問題。另外其發(fā)光柔和的特點尤其適用于室內(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)勢是可實現(xiàn)柔性化，即可制備在柔性的基體如PET等上且易實現(xiàn)大面積、可隨意彎曲做各種造型。(3)制造工藝相對簡單，成本更低。在制備過程中無需做高溫處理，將來甚至可以采用印刷即卷對卷(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。據(jù)報道，GE在2008年Global Research Center第一個發(fā)表采用此法的連續(xù)式量產(chǎn)OLED設(shè)備生產(chǎn)長條形OLED Lighting。(4)發(fā)光材料來源廣泛。由于有機發(fā)光材料的多樣性，根據(jù)所需可以通過改變分子結(jié)構(gòu)來優(yōu)化OLED性能及設(shè)計發(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)時間快，驅(qū)動電壓低、能耗低等優(yōu)點。這些優(yōu)勢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，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)方面獲得突破性進展。例如:發(fā)光效率、使用壽命、顯示質(zhì)量、低廉價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有問題，起重要作用的藍(lán)光磷光材料是急待解決的課題。現(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，故高性能實用化藍(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，近幾年的研究熱點集中為藍(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。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，工藝相對比較成熟，但其復(fù)雜的工藝過程可能會影響到它的生產(chǎn)成本和成品率問題;這種結(jié)構(gòu)器件的另一不足就是其有時還存在光譜和色度坐標(biāo)隨驅(qū)動電壓變化的情況。然而，由于其良好的器件性能，其不足方面完全可以通過器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計來得到解決，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，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熱點問題。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題，都是需要重點解決的關(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)化的進程也不斷加快。世界上也成了多個專業(yè)的OLED照明公司和多條中試生產(chǎn)線。如日本的Lumiotec，初期擬投資14億日元，Panasonic則致力于開發(fā)高顯色OLED照明產(chǎn)品;韓國擬投資70億韓元研發(fā)第四代OLED照明面板的量產(chǎn)設(shè)備;美國能源部聯(lián)合幾家公司投資2000多萬美元建設(shè)北美地區(qū)首條OLED照明中試線。Osram將投資7000萬美元建設(shè)一條OLED照明中試線，并推出一款光通量達(dá)300lm的產(chǎn)品PriOLED。

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

白光OLED照明技術(shù)的應(yīng)用勢必將極大的節(jié)省能源，有效緩解全球能源危機。其年產(chǎn)值預(yù)計將以千億計，同時也將帶來數(shù)以百萬計的就業(yè)機會。我國應(yīng)抓住這個機遇，快速發(fā)展，迎頭趕上，相信不久的將來我國一定會成為OLED強國。

參考文獻

[1] 段煉，邱勇.OLED照明及OLED有源顯示材料與器件.新材料產(chǎn)業(yè)，2011，2，20-26.

[2] 邵勇，張琦.OLED照明及其關(guān)鍵技術(shù).安陽工學(xué)院學(xué)報，2010，9(4)，7-9.