OLED照明技術及應用進展

劉 飛，李 曉，封小華

(1.京東方光科技有限公司，北京 100015；2.京東方科技集團股份有限公司，北京 100015)

引言

有機發光二極管(Organic Light Emitting Diode，縮寫為OLED)，具有許多讓照明設計師和建筑設計師興奮的全新特性：極其纖薄，也不需要昂貴的封裝；可被制作成各種形狀，僅占用極小的空間，而且可以無縫地集成到設計環境中，只有接通電源后才會被察覺，從而帶來視覺上的全新照明體驗，如柔性設備面板照明和透明照明墻等。OLED光源是繼白熾燈、熒光燈、LED之后的又一次光源革命。因節能環保、壽命長、應用廣泛，作為節能環保產業的重要領域，OLED被列入我國戰略性新興產業[1-2]。

1 OLED照明技術的優勢

OLED光源在照明領域的技術優勢很明顯(見圖1)：(1)OLED光源不含汞等有毒物質，符合綠色環保的要求，同時OLED內部驅動電壓低、功耗小，節能效果顯著；(2)OLED是平面光源，發光光線柔和，是一項全新的照明技術；(3)OLED照明易實現薄型化、柔性化，可以制備在柔性的基板上，易于實現大面積、可彎曲的光源；(4)OLED材料來源廣泛，OLED材料可以通過改變分子結構來優化性能，且發光顏色在可見光區域內可任意調節(包括紅、綠、藍和白光)；(5)OLED照明技術的制備工藝相對簡單。以上技術優勢解決了目前照明技術發展中的瓶頸問題，OLED光源將是未來照明產品發展的主流趨勢之一。[4]

圖1 OLED照明優勢Fig.1 Advantages of OLED lighting

OLED照明與LED照明相比，其理論能效可以達到260lm/W，但不需要二次配光，理論上更加節能；OLED有更加趨近于太陽光的連續光譜；OLED不需要冷卻處理等等，見表1。

表1 OLED照明與LED照明比較[5]Table 1 Comparsion of OLED and LED

2 OLED照明現狀

1987年Kodak公司的鄧青云(Tang C W)首次研制出基于小分子熒光材料具有實用價值的OLED(Alq作為發光層)，而聚合物OLED(PLED)是1990年由英國劍橋大學的Friend與Burroughes等人用共軛聚合物PPV制造出來的[6]。

OLED光源作為照明產業的一次突破升級，被業界一致看好。目前很多照明產品、平板電視制造企業開始加大這一領域的投入，并開始把OLED光源作為高端產品進行大力推廣。

2012年3月30日，在東京地鐵自由丘站內已開始采用OLED照明。自由丘站安裝的OLED照明燈為松下公司生產的，其發光效率為30lm/W，1枚8cm2OLED面板約為3萬日元。從2011年4月開始銷售OLED面板的KANEKA公司已向餐廳等場所推廣OLED產品。飛利浦 Blackbody也推出了OLED照明燈。

2012年全球OLED照明產業規模接近0.5億美元，主要面向住宅(見圖2)。2013年是OLED照明發展的重要一年，OLED照明面板能效得到大幅提升，量產水平達到80lm/W，價格也在下降。

隨著成本降低和發光效率提高，OLED照明產業市場競爭力快速增強，產業規模不斷擴大，預計2016年達到25～30億美元，2020年將達到60億美元，主要面向醫院和店鋪[7],將占全球照明市場份額的5%(見圖3)。

(數據來源：HIS Electronics&Media&DisplaySearch)

(數據來源：中國半導體照明聯盟&高工LED&DisplaySearch)

3 OLED照明存在的問題

3.1 成本問題

由于用于制造OLED照明燈具可供選擇的材料和設備供應商范圍小[8]，產品技術成熟度不高，導致OLED照明產品生產成本居高不下，當前OLED照明應用中95%是被用于特色照明，如奢侈品燈具等。

目前200mm2的OLED面板發光效率已達到55lm/W，顯色指數CRI超過85，符合能源之星標準的白光OLED照明面板。但以OLED照明現在的發光效率和生產成本，要達到LED當前的規模，至少還需5年的市場培育。目前OLED大范圍應用的最大難題在于價格，成本是制約OLED照明市場推遲啟動的最關鍵因素(見圖4)。通過改善OLED照明的發光效率和成本，可以讓OLED在照明領域的產品競爭力加速提升。

圖4 OLED照明面板成本Fig.4 Cost of OLED lighting plane

國際多家TFT-LCD知名企業在投資了多條TFT-LCD生產線的同時，也進行OLED顯示生產線的投資，并在高次代線進行了改造，同時都進行OLED照明事業推廣，主要推出G2生產線，并在未來幾年計劃推出高次代OLED照明生產線。行業專家在OLED面板成本也作了預測：G2產線在飽和狀態下，良率在85%時，每千流明的OLED照明面板成本在500美元；如果使用G5產線，每千流明的OLED照明面板成本可以控制在50美元(見圖5)。按照當前OLED照明的技術開發速度，Displaybank推估，2020年左右100mm×100mm的OLED模組效率，將超過200lm/W，單位材料成本將減少至3美元以下。

圖5 OLED面板成本現狀與預測Fig.5 Present situation and forecast of OLED plane cost

3.2 技術問題

簡單的OLED結構對整個工藝要求是比較嚴格的，現在幾個問題還有待解決：

(1)材料性能。有機發光材料、熒光材料、磷光材料、混合材料等材料，效率不高，并且壽命仍有問題，需要滿足4萬小時壽命還需要提高材料性能。

(2)工藝技術。現在OLED面板量產最好的能效為80lm/W，實驗室水平雖然已經達到150lm/W，但是都是小尺寸的面板。如果要滿足OLED照明要求，面板尺寸要求越大，越能滿足要求。但存在的問題是：尺寸大，能效不高，工藝條件不夠，工藝技術有待提高。

(3)效率問題。現在主要以蒸鍍技術為主，材料利用率很低，只能達到20%，成本很難控制，現在的Inkjet技術以及Coating技術都不夠成熟，有待發展。

(4)良率問題。蒸鍍技術、封裝技術不夠完善，產品容易出現亮度不均、異物、壞點，或者是封裝不良、影響壽命等問題，降低整個的生產良率。

4 OLED照明發展展望

4.1 OLED光源向超薄方向發展

據市場研究機構調研，自2009年在國際照明展會展出了OLED照明產品，OLED照明產品開始進入人們的視線。國際知名照明廠家陸續推出OLED照明產品，如：日本的松下、三菱、柯尼卡美能達、Lumiotech等，韓國的LG化學和三星，中國的京東方、南京第一有機光電、維信諾和友達等。OLED照明產品將由室內豪華設計的藝術照明切入，進而向功能性照明發展。

針對OLED面光源、超薄型、高顯色性的特點，一些OLED照明面板廠家推出了OLED高端化妝鏡，主要面向高端、氣質女性。該產品主要體現高端、奢華，在提供化妝鏡輔助光功能的情況下，彰顯奢華，希望以此打動客戶。

4.2 OLED臺燈產品

當前，護眼燈的基本工作原理就是把低頻閃提高至高頻閃，它使用了變頻電子鎮流器，加快閃爍速度，提高到每秒閃爍幾千次甚至幾萬次，閃爍的速度超過了人眼的神經反應速度，因此在這種燈光下學習、辦公，短時間內人們會覺得眼睛比較舒服。但高頻閃不等于無頻閃，護眼燈跟普通熒光燈相比確有一定的好處，但它不像廣告中所說的那樣無頻閃，它所發出來的光仍然是不連續的，是一亮一滅的光，長時間在這種燈光下看書，眼睛同樣會產生疲勞。

OLED臺燈發出的光，接近太陽光的連續光譜，能達到護眼的效果，且光線柔和、光譜連續，成為適合人們使用的臺燈。

4.3 OLED醫院照明產品

現階段，醫院照明有待極大的改善，醫院內的照明對于患者的心情有直接的影響。刺眼的照明嚴重影響患者的心態，眩光使人煩躁，不適合平靜。需要提供柔和的、顏色適中的平面光源，達到照明效果的同時給大家一個舒適、平靜的光環境。而適合這樣環境的光源就是OLED。OLED面光源兼具光線柔和、色溫可調這些優勢，能提供一個醫院舒適、平靜的光環境，并且該光源無汞、綠色、環保，符合醫院場所照明要求。

4.4 OLED博物館照明產品

現在的文物照明有幾點需要注意：(1)紫外線會使文物黃化，加速老化的速度；(2)使用白熾燈照明，色彩飽和度達不到效果。所以為了使文物保存更加久遠，讓參觀人員看到文物的原樣效果，照明方面須注意幾點：無紫外，色彩飽和度高，照明均勻，并設計為古典形式。OLED光源符合博物館照明的要求，可以保護文物。

4.5 OLED柔性產品

OLED照明產品采用聚合物材料作為基板，達到柔性效果，便于設計，將給照明帶來全新感受(見圖6)。

圖6 柔性OLED照明面板Fig.6 Flexible OLED Plane

4.6 OLED鏡子、透明產品[11]

OLED照明產品可以做成鏡子功能產品、透明產品，在不通電情況下，具有鏡子或者玻璃功能，通電時是照明光源，見圖7、圖8[9]。

圖7 OLED透明功能Fig.7 OLED transparent function

圖8 OLED鏡子功能Fig.8 OLED mirror function

5 結束語

未來的照明產品，鏡子就是光源，窗戶就是一個光源，OLED照明將會揭開新的照明篇章。隨著OLED照明技術的不斷突破、節能效果的日益顯現、產業規模的持續擴大和應用領域的不斷拓展，我國OLED照明節能產業已經進入發展的關鍵期，需對行業進行有序引導，促進OLED照明節能產業的健康發展，推動綠色照明工程，實現節能減排。

致謝：感謝Display Search等提供的數據支持，感謝半導體照明聯盟吳鳴鳴博士提供的支持與幫助，感謝鄒悅協助提供的OLED照明技術資料。

[1] 國家發改委，科技部等.半導體照明產業規劃，2013.

[2] http://www.china-led.net/info/2012117/2012117172712. shtml.

[3] 陳良吉.OLED材料的最新發展[J].工業材料，1989，167：114-119.

[4] 陳金鑫.白光OLED照明[M].上海：上海交通大學出版社，2011.

[5] http://www.lgchem.com/cn/green-energy/oled-lighting.

[6] 周芳.微透鏡陣列薄膜在OLED中的應用研究[D].蘇州：蘇州大學，2012.

[7] 水清木華研究中心2012年全球及中國OLED行業研究報告[R].2012.

[8] 張志祥,洪乙文.2009FINETECH JAPAN、LIGHTING JAPAN看FPD與次世代照明發展趨勢[EB/OL].材料世界網， 2009.

[9] GU G，BULOVIC V，BURROWS P E，et al. Transparent organic light emitting devices[J].A ppl.Phys.Lett.，1996,68(19) :2606-2608.

[10] 江柏風,覃禹華.OLED照明應用情境與市場趨勢探索[R].新竹：工業技術研究院經濟與趨勢研究中心，2008.

[11] 馬東閣.有機半導體及其在OLED照明中的應用[C].上海：2013年全國高分子學術論文薄伽會，2013.