挑戰(zhàn)LED照明 OLED漸成照明產(chǎn)業(yè)新寵

OLED照明的發(fā)展正日益茁壯。由于OLED照明具有平坦式發(fā)光，且不傷眼的優(yōu)勢，因而吸引面板、材料和設(shè)備業(yè)者相繼投入發(fā)展，并積極研發(fā)新材料、設(shè)備與制程方案，期克服材料劣化與大尺寸發(fā)展挑戰(zhàn)，進(jìn)而瓜分照明市場龐大商機(jī)。

有機(jī)發(fā)光二極體(OLED)在2009年僅有5億美元市場規(guī)模，但后續(xù)幾年卻不斷吸引業(yè)者投入資金發(fā)展，著實(shí)耐人尋味。事實(shí)上，OLED之所以掀起開發(fā)熱潮，部分原因是可用在手機(jī)螢?zāi)簧?，如三?Samsung)Galaxy系列產(chǎn)品；手機(jī)螢?zāi)坏膶?dǎo)入助長OLED營收于2011年攀升至30億美元，并于2012年達(dá)到60億美元。

除手機(jī)螢?zāi)煌?，照明亦是OLED另一個(gè)極有潛力的應(yīng)用，雖目前OLED照明只占整體產(chǎn)值的一小部分，但龐大的潛在照明市場將有望為OLED業(yè)者帶來新的營收契機(jī)？

　　LED效能/成本占盡優(yōu)勢　OLED照明還須時(shí)間發(fā)展

以LED固態(tài)照明改善傳統(tǒng)照明的方式已得到業(yè)界諸多關(guān)注，因而也引發(fā)OLED未來如何切入照明市場的質(zhì)疑，大多數(shù)人認(rèn)為OLED會直接和LED技術(shù)競爭，意味著OLED須克服目前與LED相比極大的效能及成本差距。

現(xiàn)階段，LED照明發(fā)光效率為110每瓦流明(lm/W)，而商用OLED產(chǎn)品最多達(dá)到60 lm/W；至于成本方面，LED技術(shù)成本差不多是5美元/千流明(klm)，OLED則約350美元/klm，足見兩種技術(shù)在照明應(yīng)用的發(fā)展上仍有一段明顯差距。如此一來，OLED技術(shù)勢必要利用其光線不刺眼、燈具尺寸可做大且平坦化的獨(dú)特優(yōu)勢，才能順利搶占照明市場一席之地。

相較于標(biāo)準(zhǔn)LED和其他燈源均需要遮光物覆蓋強(qiáng)光，可能造成視力減退的問題，OLED發(fā)光源不須遮蔽即可提供照明，是還在發(fā)展中的另一個(gè)照明未來；此外，OLED可使用許多不同樣式的材料組合及結(jié)構(gòu)，在發(fā)光效能上有機(jī)會大幅躍升。

目前OLED制造商已透過提高驅(qū)動電流的方式增加功效，但代價(jià)是元件壽命將變短；同時(shí)，藉由串聯(lián)堆疊OLED結(jié)構(gòu)亦能提升發(fā)光效率，如將兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)在沈積過程中堆疊在一起，以同樣電流驅(qū)動將產(chǎn)生幾乎強(qiáng)兩倍的光。如此一來，相關(guān)業(yè)者亦可選用較低電流驅(qū)動堆疊型OLED面板，可產(chǎn)生同樣的光度并增加可靠度，克服因調(diào)高電流而影響OLED壽命的問題。

OLED照明雖有發(fā)展?jié)摿?，但若被視為LED在照明市場的直接對手，效能和成本差異可能讓OLED在可預(yù)見的未來出局。然而，在OLED照明技術(shù)和燈具設(shè)計(jì)迭有進(jìn)展的情況下，兩種固態(tài)照明技術(shù)還是有必要同時(shí)存在，這跟OLED是否要和LED競爭，或是不是更好的技術(shù)沒有關(guān)系，因?yàn)閮烧哝i定的應(yīng)用并不完全相同。

考量成本及發(fā)光效率以外的技術(shù)差異，如果OLED完全達(dá)到與LED相同的水準(zhǔn)，將會是很大的成就。一般來說，商用LED產(chǎn)品有20～25年保證壽命，OLED則僅有5～10年，主因系OLED中某些材料銷蝕的速度比其他材料快，顏色也會改變，這在一些工業(yè)或汽車應(yīng)用上令人無法接受。

材料成本/阻隔層設(shè)計(jì)成OLED突破重點(diǎn)

OLED材料的銷蝕是因?yàn)橛袡C(jī)材料層對氧氣及濕氣很敏感，須采用滲入阻隔層(Permeation Barrier)小心包覆及保護(hù)，這對OLED面板的彈性設(shè)計(jì)將形成嚴(yán)重挑戰(zhàn)，目前制造商很難做出具成本效益，并兼顧透明、可彎曲，且在制造過程中可耐高溫的滲入阻隔層。

現(xiàn)階段，100%的商用照明OLED使用玻璃做為薄膜層的基板，并放上一片玻璃板，當(dāng)做物理保護(hù)層及水分/氧氣阻隔層(圖1)，然而，即便采用這些元件，OLED有機(jī)材料還是會在高溫環(huán)境中銷蝕，此一情形在車規(guī)溫度85°C以上的加速壓力測試將造成問題。

圖1　OLED面板架構(gòu)示意圖

另一方面，對具傳統(tǒng)照明背景的制造商來說，難以用OLED專業(yè)技術(shù)做照明設(shè)備，因此OLED業(yè)者也須提出對策，克服用在照明的商業(yè)及技術(shù)挑戰(zhàn)。尤其現(xiàn)在OLED面板和傳統(tǒng)照明設(shè)備制造商各自為政，短時(shí)間內(nèi)OLED將很難滲透照明市場，未來可能的解決之道是由OLED面板制造商生產(chǎn)自己的照明設(shè)備，由技術(shù)推動商用化，而非采取傳統(tǒng)的行銷策略。

但另一個(gè)挑戰(zhàn)是如何減少OLED制造支出，從商用OLED面板成本細(xì)項(xiàng)中可發(fā)現(xiàn)三個(gè)主要問題。第一，OLED制造良率很低，制造商在高良率制程上沒有足夠控制能力、技術(shù)或經(jīng)驗(yàn)；第二，建構(gòu)OLED生產(chǎn)線的成本很大，例如歐司朗(OSRAM)已投資2，000萬英鎊在德國雷根斯堡(Regensburg)的OLED試產(chǎn)線。第三則是材料和設(shè)備成本高昂，OLED產(chǎn)線成本居高不下主因?yàn)檫@是新興技術(shù)，因此沒有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。

由于每一條OLED試產(chǎn)線須時(shí)好幾個(gè)月建置，因此設(shè)備制造商也要分擔(dān)費(fèi)用。雖然OLED制造商聲稱改用超薄層，可抵銷復(fù)雜分子材料的高成本，但多數(shù)分析師皆認(rèn)為只說對了一半，因材料成本和制造及發(fā)光面板內(nèi)的材料有關(guān)，大部分生產(chǎn)用的材料是沈積于反應(yīng)器壁上或根本就沒沈積，造成材料浪費(fèi)。

無論如何，OLED照明具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢，且制造技術(shù)未來還有很多改善的機(jī)會，因此，Yole Developpement預(yù)測未來2年OLED成本可望降到目前的三分之一水準(zhǔn)，主要是業(yè)者導(dǎo)入更新世代的生產(chǎn)設(shè)備，將更大的母玻璃基板用于沈積反應(yīng)器中，提升量產(chǎn)效益。目前制造商最常用47公分×37公分的第二代母玻璃板，可產(chǎn)出幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)10公分×10公分的OLED發(fā)光面板。

供應(yīng)鏈全力扶植　大尺寸OLED商用可期

未來母玻璃和OLED面板成品將持續(xù)朝大尺寸方向演進(jìn)，主要考量10公分×10公分OLED面板不足以照亮一個(gè)房間，可能要十片或更多片，將導(dǎo)致每片面板將產(chǎn)生額外成本，如裁切及所需的連接組件，如果只是一片較大面板，那些制造成本自然會減少。

不過，對大尺寸OLED面板而言，如何在整個(gè)面板表面取得相同發(fā)光度將是一大挑戰(zhàn)，不少企業(yè)已著手解決這個(gè)問題，例如歐司朗在電極導(dǎo)入金屬網(wǎng)，以改善發(fā)光均衡性。據(jù)Yole Developpement最新研究報(bào)告指出，在大尺寸OLED面板的發(fā)展出現(xiàn)重大突破前，OLED照明只能取得一小塊市場，聚焦于一般照明及汽車應(yīng)用。

初期整合OLED技術(shù)的將是特殊照明，再來是高階辦公室及商業(yè)用途；中期來說，高階住宅照明設(shè)備也會逐漸使用OLED，整體市場滲透率到2020年將有接近1.5%的水準(zhǔn)，產(chǎn)值為17億美元(圖2)，其中80%為一般照明應(yīng)用。[!--empirenews.page--]

圖2　2012～2020年OLED照明產(chǎn)值預(yù)估

對OLED來說，開發(fā)新材料是首要重點(diǎn)，因此化學(xué)很強(qiáng)的國家或區(qū)域可能是較強(qiáng)勁企業(yè)誕生地的第一個(gè)觀察點(diǎn)。第二，帶動有機(jī)OLED市場的實(shí)際上是螢?zāi)唬鴣喼迖以谶@方面的投資動作很大，特別是韓國，目前Samsung SDI和樂金顯示(LGD)是OLED螢?zāi)坏膬纱笊a(chǎn)商，而韓國的化學(xué)實(shí)力也很強(qiáng)。值得注意的是，德國亦具備非常堅(jiān)強(qiáng)的化學(xué)研究背景，且已有OLED新興業(yè)者，未來發(fā)展可期。

由于OLED未來展望是這樣的狀況，包括設(shè)備制造商、螢光及磷光發(fā)光材料供應(yīng)商、聚合物材料開發(fā)商，以及軟性基板的玻璃、塑膠或金屬箔片制造商均已大舉投入發(fā)展，甚至有幾家企業(yè)正積極開發(fā)新的OLED結(jié)構(gòu)、封裝、滲入阻隔及新款電極的塑膠或特殊技術(shù)方案。有如此眾多的企業(yè)涉及OLED照明領(lǐng)域可能頗令人意外，但這與有多少業(yè)者涉入整個(gè)價(jià)值鏈有關(guān)，而不只是有多少廠商在制造OLED面板。

也因此，當(dāng)科技?xì)v史學(xué)家回顧及評估OLED照明的貢獻(xiàn)時(shí)，可能發(fā)現(xiàn)其影響所及超越市占率的表現(xiàn)，目前許多推動此技術(shù)的業(yè)者即強(qiáng)調(diào)，正在發(fā)展中的OLED照明新材料將使世界更美好。不過，并非全數(shù)廠商都絕對相信OLED照明市場規(guī)模會很大，他們采取分散風(fēng)險(xiǎn)的策略，運(yùn)用投資資金開發(fā)不同的應(yīng)用，將研究結(jié)果同步用于開發(fā)有機(jī)電子或有機(jī)太陽能電池，此外，良好的OLED水分滲入阻隔層或軟性超薄玻璃亦可開創(chuàng)許多新的應(yīng)用。