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有机发光(OLED)照明正迎面而来

发布时间:2013-05-16

钟伯强

OLED(Organic Light-emitting Diodes),中文名称为有机发光二极管。OLED由于具有全固态、主动发光、高对比度、超薄、低功耗、无视角限制、响应速度快、工作温度范围宽、易于实现柔性和大面积、功耗低等诸多优点,不但可以作为显示器件,在照明领域也有很好的应用前景,继LED照明后,也成为欧美及日系照明大厂及LED业者积极投入研究发展的次世代新光源, 被视为21世纪最具前途的显示和照明产品之一。

  OLED不含汞及紫外线,无LED的「高热」问题,而且不需玻璃管、变压器、反射板等萤光灯必备零件,所产生的废弃物相对少,所以不论是美国能源局提供的数据,或投入研发多年已开始量产的业者普遍认为,2015年OLED照明会与LED出现交叉点,开始切入普通照明市场,并将以主照明为战场。
然而,目前仍有效率、寿命和价格等问题亟须改善,未来效率一旦提升,价格下滑到市场的合理点,将有机会取代目前的主照明产品。
OLED的发展可以追溯到上世纪30年代,Destriau将有机荧光化合物分散在聚合物中制成薄膜,得到最早的电致发光器件。但是直到1987年才由Kodak企业的邓青云(Tang C W)首次研制出基于小分子荧光材料具有实用价值的OLED,而聚合物OLED(PLED)是1990年由英国剑桥大学的Friend与Burroughes等人用共轭聚合物PPV制造出来的。
  OLED的基本结构通常是由一种有机照明层夹在两个电极之间的三明治结构,其中一个电极常采用薄而透明的铟锡氧化物 (ITO)为正电极,而另一电极则通常采用低功函数的金属如Ag、Al等为负电极,当正负电极外加电压时,其阴极产生的电子和阳极产生的空穴分别被注入到有机发光层, 在发光层中, 电子和空穴相遇而复合形成激子, 激子衰减而发出光子从而产生可见光。辐射光可透过玻璃或塑料从透明阳极一侧观察到。发光材料和成分不同, 所发出光的颜色也就不同。通过选择不同的有机发光材料, 可以得到红、绿、蓝光, 实现彩色化. 将红、绿、蓝光荧光材料或磷光材料混合放入一个RGB装置中则可产生白光. 为了获得更高性能的OLED,有机LED照明层通常包含多个层,如空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层和电子注入层,同时还往往引入界面修饰层等。由此可知, OLED的发光原理与LED的发光原理基本相同, 只是材料与结构不同而已(图1).

OLED按照组件所使用的载流子传输层和发光层有机薄膜材料的不同,OLED可区分为小分子基OLED和高分子基OLED(PLED)两种不同的技术类型;按照OLED驱动方式的不同可分为无源 (被动矩阵)与有源 (主动矩阵)两种驱动方式。
  根据OLED 的技术原理和制备工艺,通常把OLED 产业链划分为设备制造、材料制备、驱动模块、面板和器件制造以及下游应用等几个部分,其中设备制造、材料制备和驱动模块属于上游领域,面板器件以及模组制造属于中游,各种应用则属于下游。

2012年4月15~20日,在德国法兰克福举行了国际照明暨建筑技术展“Light+Building 2012”。有19.6万人到场参观,比2010年的上一届增加约7%,参展企业数量增加约9%,创下了2352家的记录。展示内容为新一代照明的“两大主角”——LED与OLED有望普及的产品和技术。
  照明业界正在快速进行着“更新换代”。目前的主流照明萤光灯及白炽灯泡将被替换成LED及OLED等新一代照明。

LED照明逐步向社会普及,估计到2016年“LED化”的比例将达到45%。

  OLED迄今一直处于研究开发阶段,2011年之后,以日本厂商为主,开始了量产。虽然在发光效率及亮度等性能方面的开发比LED落后了几年,但面发光这一特点,对照明厂商及设计师却极具吸引力。2012年初日本Panasonic采用新型蓝光萤光材料,搭配红、绿磷光组合成的结构,白光OLED照明效率可达56lm/W,演色性为91,半衰寿命期限为十五万个小时。另一项采用全磷光的产品,白光OLED可达128lm/W高效率,不过产品稳定性不高。2013年左右,以LG化学为首的多家企业将推出80流明(lm/W)以上能效的OLED照明产品,届时OLED照明市场将开始正式起飞。估计2016至2018年,OLED照明的发光效率与成本将有较大的改善,其在照明领域的产品竞争力将更加提升。至2020年左右100x100平方毫米的OLED模组效率,将超过200lm/W,单位材料成本将减少至3美金以下, 销售额将达到17亿美金。
  
  在人们传统的观念里,照明总是越亮越好。近来这种观念开始出现变化。根据情况调节亮度、调整包括色彩在内的氛围,“没必要过亮”的意识等在逐步扩大。

对于这一观念的转变,LED称得上是最佳可选择的光源。因为LED能够简单地在必要的地方使用必要量的照明、调整色温。为了支撑LED照明的进步,与传感器相结合的自动调光是有效手段。这就需要连接LED照明和传感器的信息系统,以及对其进行控制、管理的终端群等多种多样的周边技术和产品。为提高这种融合程度单凭原有的照明企业难以实现,应该与信息设备生产商和建筑企业等企业开展合作。
  OLED将从根本上改变照明形态。作为与LED一样有助于节能,能够实现的照明自由度比LED更高的光源,OLED备受期待。其前所未有的最大特点是光源自身为面发光。包括LED照明在内的已有照明是利用点和线光源照亮空间。在需要面发光的时候,一直是把多个点光源、线光源排在一起,在外面罩上面板形状的灯罩。而使用OLED能够直接实现整面发光的照明,能够制造出大范围、均匀照明的最佳器具。
  发光部分的厚度与作为基板的玻璃和塑料的厚度基本相同。非常轻薄,而且与面状内饰十分协调。能够照亮整个天花板,或是覆盖墙壁、窗户、桌子、椅子等家具、电器的表面,直接作为照明发光。也就是说,照明看上去像是“粘贴”,而不是“安装”。此外,除了能够有效应用于汽车、飞机内部等空间有限的场所之外,能够像海报一样张贴的标志照明等也有望得到实现。凭借设计师的崭新创意,将来或许会出现出乎意料的照明。 

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