OLED照明技術(shù)現(xiàn)狀及未來挑戰(zhàn)分析

有機(jī)發(fā)光二級管(OLED)是一種夾心型電子器件，即在兩個電極間夾有多個有機(jī)薄膜層。OLED作為一種平面型光源，由于發(fā)出的光質(zhì)非常接近自然光、無毒環(huán)保、可采用傳統(tǒng)半導(dǎo)體蒸鍍工藝加工并能夠制備在柔性襯底上，普遍認(rèn)為其在通用照明領(lǐng)域會有重要的應(yīng)用。近期雖然有OLED照明產(chǎn)品上市，但是其昂貴的價格極大地阻礙了自身的發(fā)展。當(dāng)前無機(jī)LED的照明價格為7-10$/kilo-lumen，市場上節(jié)能燈的照明價格約為22￥/kilo-lumen，而OLED照明燈具，美國能源部希望其照明價格能在2020年降到20-25$/kilo-lumen，因此，對現(xiàn)有OLED技術(shù)和材料的升級已顯得迫在眉睫。接下來談一下本人在這方面的看法和建議。
燈具的照明價格是決定其能否市場化的關(guān)鍵因素。OLED照明價格可由如下公式表述：
(1)式中分子為每平方米面板的生產(chǎn)成本，分母為每平方米面板在額定電壓下提供的光通量(或明亮度)。我們知道，生產(chǎn)成本取決于量產(chǎn)規(guī)模，這也是業(yè)內(nèi)很多人士寄OLED照明產(chǎn)業(yè)化希望之所在，但是任何產(chǎn)品的大規(guī)模量產(chǎn)必須有一個前提，即生產(chǎn)出來的產(chǎn)品必須具有實用性，因此，OLED照明首先要解決的問題應(yīng)該是公式1中的分母，即顯著提高OLED燈具的光出射度(或光通量、明亮度)。OLED的光出射度可由如下公式表述：
(2)功率效率目前是大家非常關(guān)注的一個指標(biāo)，單點白光OLED的功率效率能夠穩(wěn)定達(dá)到80lm/W左右，但是在未來量產(chǎn)15厘米乘15厘米或更大尺寸的OLED照明面板時，功率效率能夠保持在30-40lm/W就已經(jīng)是非常不錯的，短時間內(nèi)很難會有大幅度的提高，因此，通過提高OLED照明面板的功率來提高OLED燈具的光出射度是一個非?，F(xiàn)實可行的有效辦法，這同時也可以大幅度降低OLED的照明價格(見公式1)。提高OLED的功率實際上就是我們熟知的大電流和低電壓性能(在這一點上和無機(jī)LED是一致的，現(xiàn)在無機(jī)LED強(qiáng)調(diào)的就是大功率芯片制備技術(shù))，PINOLED結(jié)構(gòu)是這方面的代表性技術(shù)。
德國Novaled公司是PINOLED結(jié)構(gòu)的所有者，圍繞這個器件結(jié)構(gòu)，他們開發(fā)出很多p型和n型摻雜材料體系，極大地促進(jìn)了OLED照明技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)該說PINOLED結(jié)構(gòu)是最有希望實現(xiàn)OLED照明產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)體系，但是當(dāng)前PINOLED結(jié)構(gòu)上的設(shè)計仍舊存在著進(jìn)一步提升的空間，可以從OLED材料發(fā)展的歷史來談這個問題。從1987年到2000年，OLED中基本不使用電摻雜材料，主要的材料研發(fā)圍繞如何獲得高水平的發(fā)光層結(jié)構(gòu)，這個時期涌現(xiàn)出一批經(jīng)典的空穴傳輸材料(如NPB、CBP、TCTA、m-MTDATA等)和電子傳輸材料(如Alq3、BCP、Bphen、TPBI等)。在上世紀(jì)90年代后期，參照無機(jī)LED結(jié)構(gòu)，人們開始在OLED中使用并研發(fā)電摻雜材料，借以降低OLED的工作電壓，但是這是圍繞當(dāng)時已經(jīng)成型的發(fā)光層材料展開設(shè)計的，所以，目前我們所見到的p型摻雜材料和n型摻雜材料的最好電導(dǎo)率均在10-5S/cm左右。可以想見，如果想提高當(dāng)前PINOLED的性能，就必須進(jìn)一步降低電子和空穴傳輸過程中的歐姆損耗，所以就必須使用更高電導(dǎo)率的有機(jī)電摻雜材料，這也應(yīng)該成為當(dāng)前OLED照明技術(shù)發(fā)展的主流方向，應(yīng)集中力量給予突破。在OLED中使用高電導(dǎo)率的有機(jī)電摻雜材料的另一個優(yōu)點是可以有效增加OLED的厚度，這能夠極大提高OLED的工作穩(wěn)定性(參照無機(jī)LED結(jié)構(gòu)即可理解這一點)。