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(tuán)股份有限公司，北京 100015)

引言

有機(jī)發(fā)光二極管(Organic Light Emitting Diode，縮寫為OLED)，具有許多讓照明設(shè)計(jì)師和建筑設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)環(huán)境中，只有接通電源后才會(huì)被察覺，從而帶來視覺上的全新照明體驗(yàn)，如柔性設(shè)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(jié)能環(huán)保、壽命長(zhǎng)、應(yīng)用廣泛，作為節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，OLED被列入我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)[1-2]。

1 OLED照明技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

OLED光源在照明領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)很明顯(見圖1)：(1)OLED光源不含汞等有毒物質(zhì)，符合綠色環(huán)保的要求，同時(shí)OLED內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電壓低、功耗小，節(jié)能效果顯著；(2)OLED是平面光源，發(fā)光光線柔和，是一項(xiàng)全新的照明技術(shù)；(3)OLED照明易實(shí)現(xiàn)薄型化、柔性化，可以制備在柔性的基板上，易于實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)來優(yōu)化性能，且發(fā)光顏色在可見光區(qū)域內(nèi)可任意調(diào)節(jié)(包括紅、綠、藍(lán)和白光)；(5)OLED照明技術(shù)的制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。以上技術(shù)優(yōu)勢(shì)解決了目前照明技術(shù)發(fā)展中的瓶頸問題，OLED光源將是未來照明產(chǎn)品發(fā)展的主流趨勢(shì)之一。[4]

圖1 OLED照明優(yōu)勢(shì)Fig.1 Advantages of OLED lighting

OLED照明與LED照明相比，其理論能效可以達(dá)到260lm/W，但不需要二次配光，理論上更加節(jié)能；OLED有更加趨近于太陽光的連續(xù)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(xiàn)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(shí)用價(jià)值的OLED(Alq作為發(fā)光層)，而聚合物OLED(PLED)是1990年由英國(guó)劍橋大學(xué)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(chǎn)業(yè)的一次突破升級(jí)，被業(yè)界一致看好。目前很多照明產(chǎn)品、平板電視制造企業(yè)開始加大這一領(lǐng)域的投入，并開始把OLED光源作為高端產(chǎn)品進(jìn)行大力推廣。

2012年3月30日，在東京地鐵自由丘站內(nèi)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(chǎn)的，其發(fā)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(chǎng)所推廣OLED產(chǎn)品。飛利浦 Blackbody也推出了OLED照明燈。

2012年全球OLED照明產(chǎn)業(yè)規(guī)模接近0.5億美元，主要面向住宅(見圖2)。2013年是OLED照明發(fā)展的重要一年，OLED照明面板能效得到大幅提升，量產(chǎn)水平達(dá)到80lm/W，價(jià)格也在下降。

隨著成本降低和發(fā)光效率提高，OLED照明產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力快速增強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)2016年達(dá)到25～30億美元，2020年將達(dá)到60億美元，主要面向醫(yī)院和店鋪[7],將占全球照明市場(chǎng)份額的5%(見圖3)。

(數(shù)據(jù)來源：HIS Electronics&Media&DisplaySearch)

(數(shù)據(jù)來源：中國(guó)半導(dǎo)體照明聯(lián)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(shè)備供應(yīng)商范圍小[8]，產(chǎn)品技術(shù)成熟度不高，導(dǎo)致OLED照明產(chǎn)品生產(chǎn)成本居高不下，當(dāng)前OLED照明應(yīng)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(fā)光效率已達(dá)到55lm/W，顯色指數(shù)CRI超過85，符合能源之星標(biāo)準(zhǔn)的白光OLED照明面板。但以O(shè)LED照明現(xiàn)在的發(fā)光效率和生產(chǎn)成本，要達(dá)到LED當(dāng)前的規(guī)模，至少還需5年的市場(chǎng)培育。目前OLED大范圍應(yīng)用的最大難題在于價(jià)格，成本是制約OLED照明市場(chǎng)推遲啟動(dòng)的最關(guān)鍵因素(見圖4)。通過改善OLED照明的發(fā)光效率和成本，可以讓OLED在照明領(lǐng)域的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力加速提升。

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

國(guó)際多家TFT-LCD知名企業(yè)在投資了多條TFT-LCD生產(chǎn)線的同時(shí)，也進(jìn)行OLED顯示生產(chǎn)線的投資，并在高次代線進(jìn)行了改造，同時(shí)都進(jìn)行OLED照明事業(yè)推廣，主要推出G2生產(chǎn)線，并在未來幾年計(jì)劃推出高次代OLED照明生產(chǎn)線。行業(yè)專家在OLED面板成本也作了預(yù)測(cè)：G2產(chǎn)線在飽和狀態(tài)下，良率在85%時(shí)，每千流明的OLED照明面板成本在500美元；如果使用G5產(chǎn)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(dāng)前OLED照明的技術(shù)開發(fā)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(xiàn)狀與預(yù)測(cè)Fig.5 Present situation and forecast of OLED plane cost

3.2 技術(shù)問題

簡(jiǎn)單的OLED結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)工藝要求是比較嚴(yán)格的，現(xiàn)在幾個(gè)問題還有待解決：

(1)材料性能。有機(jī)發(fā)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(shí)壽命還需要提高材料性能。

(2)工藝技術(shù)?，F(xiàn)在OLED面板量產(chǎn)最好的能效為80lm/W，實(shí)驗(yàn)室水平雖然已經(jīng)達(dá)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(shù)有待提高。

(3)效率問題?，F(xiàn)在主要以蒸鍍技術(shù)為主，材料利用率很低，只能達(dá)到20%，成本很難控制，現(xiàn)在的Inkjet技術(shù)以及Coating技術(shù)都不夠成熟，有待發(fā)展。

(4)良率問題。蒸鍍技術(shù)、封裝技術(shù)不夠完善，產(chǎn)品容易出現(xiàn)亮度不均、異物、壞點(diǎn)，或者是封裝不良、影響壽命等問題，降低整個(gè)的生產(chǎn)良率。

4 OLED照明發(fā)展展望

4.1 OLED光源向超薄方向發(fā)展

據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)調(diào)研，自2009年在國(guó)際照明展會(huì)展出了OLED照明產(chǎn)品，OLED照明產(chǎn)品開始進(jìn)入人們的視線。國(guó)際知名照明廠家陸續(xù)推出OLED照明產(chǎn)品，如：日本的松下、三菱、柯尼卡美能達(dá)、Lumiotech等，韓國(guó)的LG化學(xué)和三星，中國(guó)的京東方、南京第一有機(jī)光電、維信諾和友達(dá)等。OLED照明產(chǎn)品將由室內(nèi)豪華設(shè)計(jì)的藝術(shù)照明切入，進(jìn)而向功能性照明發(fā)展。

針對(duì)OLED面光源、超薄型、高顯色性的特點(diǎn)，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(zhì)女性。該產(chǎn)品主要體現(xiàn)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(dòng)客戶。

4.2 OLED臺(tái)燈產(chǎn)品

當(dāng)前，護(hù)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(zhèn)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(jīng)反應(yīng)速度，因此在這種燈光下學(xué)習(xí)、辦公，短時(shí)間內(nèi)人們會(huì)覺得眼睛比較舒服。但高頻閃不等于無頻閃，護(hù)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(fā)出來的光仍然是不連續(xù)的，是一亮一滅的光，長(zhǎng)時(shí)間在這種燈光下看書，眼睛同樣會(huì)產(chǎn)生疲勞。

OLED臺(tái)燈發(fā)出的光，接近太陽光的連續(xù)光譜，能達(dá)到護(hù)眼的效果，且光線柔和、光譜連續(xù)，成為適合人們使用的臺(tái)燈。

4.3 OLED醫(yī)院照明產(chǎn)品

現(xiàn)階段，醫(yī)院照明有待極大的改善，醫(yī)院內(nèi)的照明對(duì)于患者的心情有直接的影響。刺眼的照明嚴(yán)重影響患者的心態(tài)，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(dá)到照明效果的同時(shí)給大家一個(gè)舒適、平靜的光環(huán)境。而適合這樣環(huán)境的光源就是OLED。OLED面光源兼具光線柔和、色溫可調(diào)這些優(yōu)勢(shì)，能提供一個(gè)醫(yī)院舒適、平靜的光環(huán)境，并且該光源無汞、綠色、環(huán)保，符合醫(yī)院場(chǎng)所照明要求。

4.4 OLED博物館照明產(chǎn)品

現(xiàn)在的文物照明有幾點(diǎn)需要注意：(1)紫外線會(huì)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(dá)不到效果。所以為了使文物保存更加久遠(yuǎn)，讓參觀人員看到文物的原樣效果，照明方面須注意幾點(diǎn)：無紫外，色彩飽和度高，照明均勻，并設(shè)計(jì)為古典形式。OLED光源符合博物館照明的要求，可以保護(hù)文物。

4.5 OLED柔性產(chǎn)品

OLED照明產(chǎn)品采用聚合物材料作為基板，達(dá)到柔性效果，便于設(shè)計(jì)，將給照明帶來全新感受(見圖6)。

圖6 柔性O(shè)LED照明面板Fig.6 Flexible OLED Plane

4.6 OLED鏡子、透明產(chǎn)品[11]

OLED照明產(chǎn)品可以做成鏡子功能產(chǎn)品、透明產(chǎn)品，在不通電情況下，具有鏡子或者玻璃功能，通電時(shí)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(jié)束語

未來的照明產(chǎn)品，鏡子就是光源，窗戶就是一個(gè)光源，OLED照明將會(huì)揭開新的照明篇章。隨著OLED照明技術(shù)的不斷突破、節(jié)能效果的日益顯現(xiàn)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，我國(guó)OLED照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入發(fā)展的關(guān)鍵期，需對(duì)行業(yè)進(jìn)行有序引導(dǎo)，促進(jìn)OLED照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，推動(dòng)綠色照明工程，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

致謝：感謝Display Search等提供的數(shù)據(jù)支持，感謝半導(dǎo)體照明聯(lián)盟吳鳴鳴博士提供的支持與幫助，感謝鄒悅協(xié)助提供的OLED照明技術(shù)資料。

[1] 國(guó)家發(fā)改委，科技部等.半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，2013.

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

[3] 陳良吉.OLED材料的最新發(fā)展[J].工業(yè)材料，1989，167：114-119.

[4] 陳金鑫.白光OLED照明[M].上海：上海交通大學(xué)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(yīng)用研究[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2012.

[7] 水清木華研究中心2012年全球及中國(guó)OLED行業(yè)研究報(bào)告[R].2012.

[8] 張志祥,洪乙文.2009FINETECH JAPAN、LIGHTING JAPAN看FPD與次世代照明發(fā)展趨勢(shì)[EB/OL].材料世界網(wǎng)， 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(fēng),覃禹華.OLED照明應(yīng)用情境與市場(chǎng)趨勢(shì)探索[R].新竹：工業(yè)技術(shù)研究院經(jīng)濟(jì)與趨勢(shì)研究中心，2008.

[11] 馬東閣.有機(jī)半導(dǎo)體及其在OLED照明中的應(yīng)用[C].上海：2013年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文薄伽會(huì)，2013.