日韓歐美大廠競逐OLED照明 2015年起飛

OLED具有驅(qū)動電壓低和省電效率高的優(yōu)點，加上反應(yīng)快、重量輕、厚度薄和構(gòu)造簡單，使其成為歐美和日系大廠積極投入的次世代新光源。然而，目前仍有效率、壽命和效率等問題亟須改善，未來效率一旦提升，價格下滑到市場甜蜜點，將有機會取代目前的主照明產(chǎn)品。

繼發(fā)光二極體(LED)照明后，具備節(jié)能減碳優(yōu)勢的有機發(fā)光二極體(OLED)照明，也成為歐美及日系照明大廠及LED業(yè)者積極投入研究發(fā)展的次世代新光源。

OLED不含汞及紫外線，無LED的「高熱」問題，而且不需玻璃管、變壓器、反射板等螢光燈必備零件，所產(chǎn)生的廢棄物相對少，所以不論是美國能源局提供的數(shù)據(jù)，或投入研發(fā)多年已開始量產(chǎn)的業(yè)者咸普遍認(rèn)為，2015年OLED照明會與LED出現(xiàn)交*點，開始切入普通照明市場，并將以主照明為戰(zhàn)場。

OLED照明后勢俏歐日大廠競逐商機

OLED最早系由鄧青云(Dr. Ching Wan Tang)于1975年加入柯達Rochester實驗室時，從事研究工作意外所發(fā)現(xiàn)，1987年同屬柯達的汪根樣及另一位同事Steve Van Slyke成功使用類似半導(dǎo)體PN結(jié)的雙層有機結(jié)構(gòu)第一次做出低電壓、高效率的光發(fā)射器。

1990年英國劍橋?qū)嶒炇?，也研制出高分子有機發(fā)光元件，2年后劍橋成立的顯示技術(shù)公司CDT(Cambridge Display Technology)，使OLED研究邁向一個全新發(fā)展方向。

OLED可簡單分為小分子聚合物OLED和高分子聚合物PLED(Polymer Light-Emitting Diodes)兩種類型，目前均已開發(fā)出產(chǎn)品​​。相對于OLED，PLED主要優(yōu)勢為制程較簡單且可做成大面積，但礙于產(chǎn)品壽命問題，目前市面上產(chǎn)品尚以O(shè)LED為主要應(yīng)用，而PLED為主的照明應(yīng)用則是有不少國際照明業(yè)者及歐美政府相繼投入研究開發(fā)當(dāng)中。

OLED的正極是由薄而透明且具半導(dǎo)體特性的銦錫氧化物(ITO)構(gòu)成，而陰極則由低功函數(shù)的金屬(如銀)構(gòu)成;整個結(jié)構(gòu)層則由陰極(LUMO)、電子傳輸層(ETL)、發(fā)光層(EL)、電洞輸運層(HTL)和陽極(HOMO)所組成，如圖1所示。 

OLED工作原理為加入一外加偏壓，使電子電洞分別經(jīng)過電洞傳輸層(Hole Transport Layer)與電子傳輸層(Electron Transport Layer)后，進入一具有發(fā)光特性的有機物質(zhì)，在其內(nèi)發(fā)生再結(jié)合時，形成「激發(fā)光子」后，再將能量釋放出來而回到基態(tài)，而這些釋放出來的能量當(dāng)中，通常由于發(fā)光材料的選擇及電子自旋的特性(Spin State Characteristics)，從單重態(tài)到基態(tài)中只有25%能量可用來當(dāng)作OLED的發(fā)光，其余75​​%以磷光或熱的形式回歸到基態(tài)。由于所選擇的發(fā)光材料能階的差異，可使這25%能量以不同顏色的光釋放出來，而形成OLED的發(fā)光現(xiàn)象。

由于OLED為自發(fā)光，可視度(179度)和亮度均高，其次是驅(qū)動電壓低且省電效率高，且反應(yīng)快、重量輕、厚度薄、構(gòu)造簡單和成本低，再加上OLED為面光源，因此包括歐美系國際照明大廠飛利浦(Philips)、歐司朗(Osram)、奇異(GE)和Novaled，以及日系業(yè)者Lumiotec、Konica Minolta和Panasonic出光OLED照明公司都積極投入產(chǎn)品研發(fā)，并陸續(xù)于近年內(nèi)開始對外展示自家照明產(chǎn)品。

發(fā)光材料添助力OLED照明效率提升

以光源發(fā)展的演進歷程來看，如圖2所示，OLED照明也被認(rèn)定為繼LED照明后，最具潛力的接棒者。OLED除具有軟性基板照明的特性外，由于OLED可做成較大面積的面光源，所以自有其優(yōu)勢存在。 

在OLED照明發(fā)展中，最受矚目還是發(fā)光材料的發(fā)展，用于OLED的有機材料有高分子與低分子兩類。

目前市場以低分子系列材料為主，而在發(fā)光材料中，則又可區(qū)分為螢光材料及磷光材料兩大類;螢光為單重激發(fā)態(tài)(Singlet State)的發(fā)光方式，磷光則是三重激發(fā)態(tài)(Triplet State)的發(fā)光方式，理論上若螢光加上磷光，可達100%發(fā)光效率。

目前已量產(chǎn)化的OLED照明元件，雖以螢光為主，但礙于發(fā)光效率較低，廠商早已積極投入開發(fā)磷光材料，以期提高發(fā)光效率。現(xiàn)階段紅光及綠光材料皆能進入實用化階段，而最晚開發(fā)的藍光，目前仍有短壽命問題存在。

由于白光OLED的取得，須透過不同顏色混光而成，因此實用化產(chǎn)品中，OLED元件結(jié)構(gòu)設(shè)計，除單采用螢光料材外，亦有采用結(jié)合螢光與磷光材料的方式以達到最佳化的白光發(fā)光效率。

2012年初日本Lighting Japan LED/OLED研討會中，Panasonic便發(fā)表一項采用日廠出光興業(yè)開發(fā)的新型藍光螢光材料，搭配紅、綠磷光組合成2-unit結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，由于采用日廠Tazmo的Slit Coated濕式涂布制程，白光OLED照明效率可達56lm/W，演色性為91，半衰壽命期限為十五萬個小時。

另一項采用全磷光的產(chǎn)品，透過導(dǎo)入高折射率光取出層材料，白光OLED可達128lm/W高效率，不過產(chǎn)品信賴性仍不高。

另外，近年來OLED照明相關(guān)廠商，亦陸續(xù)對外發(fā)表各自在次世代照明的成果。以表1揭露的資料來看，目前以采用全磷光的Panasonic在效率表現(xiàn)最佳，已到128lm/W。 

開始商品化的OLED顯示器，把訴求重點放在輝度，以及如何在特定角度中呈現(xiàn)最佳的光色，但是OLED照明必須考量到全光束，且于可見光的波長中提高發(fā)光效率，意即提升光萃取率。

然而，目前可應(yīng)用于OLED顯示器的提升光萃取率的方法，并不適用于現(xiàn)在的OLED照明中，因此，如何提升光萃取率已經(jīng)成為目前OLED業(yè)者須要積極解決的方向之一。

毋須借燈具導(dǎo)光OLED照明效率不打折

不同于LED的點光源及螢光燈的線光源，OLED先天就是面光源(也可做成線或點光源)，不須其他燈具的輔助;不像LED光源或者是螢光燈，必須與燈具結(jié)合，否則無法單獨使用。

OLED本身就是面光源，因此不須其他燈具導(dǎo)光，就可避免前面提及燈源搭配燈具產(chǎn)生的整體效率影響，而成為OLED未來在市場上具有賣點的優(yōu)勢。

但燈具搭配LED光源或螢光燈之后的整體效率，會受燈具設(shè)計以及導(dǎo)光機制而影響。

從圖3及圖4顯示資料來看，OLED照明的總效率相較于LED照明總效率，一樣100%光源，但前者效率僅受驅(qū)動電路設(shè)計影響，而后者則不然。 

LED光源應(yīng)用中，元件效率會因為溫度提升而產(chǎn)生的散熱、老化或是壽命問題，影響照明的品質(zhì)，但OLED能量轉(zhuǎn)換不完全的熱能，較易散發(fā)出來，因此不用擔(dān)心上述LED光源會發(fā)生的現(xiàn)象。

以目前各項光源特性作比較，如表2所示，OLED在效率方面雖已逐漸追上白熾燈水準(zhǔn)，但與螢光燈和LED燈相較，仍有很大進步空間。 

OLED照明初期，僅能以利基照明應(yīng)用為主，像是部分業(yè)者已開發(fā)出來的裝飾照明，不過挾OLED照明燈具總合效率高，且大面積特性，未來效率一旦提升，價格下滑到具市場競爭力時，將會以取代目前主照明，如辦公室天花板的螢光燈、層板燈或者是格柵燈等產(chǎn)品。