OLED照明技術(shù)現(xiàn)狀及市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

日本昭和電工最近對(duì)外發(fā)布新聞稿宣布，該公司通過(guò)采用新的結(jié)構(gòu)(新技術(shù))已將OLED（有機(jī)EL）器件的光提取效率提升至約40%，達(dá)全球最高水平。新聞稿指出，借助新技術(shù)，該公司目前研發(fā)中的磷光OLED器件的發(fā)光效率已提升至30lm/W，達(dá)全球最高水平，預(yù)計(jì)后續(xù)該器件將可廣泛應(yīng)用于OLED照明等用途。新聞稿也指出，該公司也將和美國(guó)非營(yíng)利研究機(jī)構(gòu)SRI International及Itochu Plastics Inc展開(kāi)進(jìn)一步合作，攜手改良上述器件的結(jié)構(gòu)，并預(yù)計(jì)于2010年針對(duì)照明市場(chǎng)進(jìn)行樣品銷(xiāo)售。另外，昭和電工也計(jì)劃于2015年前將該器件發(fā)光效率提升至150lm/W、白色亮度減半壽命5萬(wàn)小時(shí)的水平。

據(jù)日經(jīng)BP社報(bào)道，松下電工試制出了部分有機(jī)半導(dǎo)體采用印刷方法制作的有機(jī)EL照明面板。發(fā)光效率和色彩表現(xiàn)性均獲得了較高的數(shù)值。這是在2009年2月18~20日舉行的“可印刷電子技術(shù)2009（Printable Electronics 2009）”研討會(huì)上該公司的演講中獲悉的。有機(jī)EL照明面板的發(fā)光效率為40lm/W，表示色彩表現(xiàn)性的指標(biāo)--CRI（Color Rendering Index）的數(shù)值為95，外部量子效率為36.1%，初期亮度為1000cd/m2時(shí)的亮度減半期在2萬(wàn)小時(shí)以上。在制造工序中，稱為空穴注入層的半導(dǎo)體采用一種名為“狹縫涂布（SlitCoating）方式”的印刷方法制成?！罢迷搶拥牟牧显诰哂谐錾男阅艿耐瑫r(shí)還適于進(jìn)行涂布”（松下電工）。狹縫涂布方式是制造液晶面板的彩色濾光片時(shí)采用的技術(shù)。松下電工將與其合作開(kāi)發(fā)有機(jī)EL照明技術(shù)的TAZMO公司所提供的裝置加以改造，使之適于有機(jī)EL用途。“采用狹縫涂布方式時(shí)，膜厚為40~50nm.膜厚均一性為±5%，涂布速度達(dá)到100mm/s”（松下電工）。此次實(shí)現(xiàn)的40lm/W這一發(fā)光效率”與熒光燈的實(shí)際發(fā)光效率相當(dāng)“（松下電工）。這是因?yàn)?，雖然熒光燈發(fā)光部的發(fā)光效率達(dá)到80~100lm/W，但使用用于擴(kuò)散光的燈罩以及低反射率的反射板會(huì)使實(shí)際的效率降至1/2以下。僅從發(fā)光效率來(lái)看，目前已有幾家廠商實(shí)現(xiàn)了更高數(shù)值。比如，美國(guó)環(huán)宇顯示技術(shù)（UDC）達(dá)到了102lm/W.不過(guò)，該公司面板的CRI值只有70.而松下電工不同，作為將有機(jī)EL用于照明時(shí)的條件，該公司一直很重視色彩表現(xiàn)性的出色程度。“色彩表現(xiàn)性低的話，草莓看上去就會(huì)象爛了一樣”。

近日，日本金澤工業(yè)大學(xué)光電磁場(chǎng)應(yīng)用研究所三上明義教授的研究小組試制出，采用綠色發(fā)光磷光材料的OLED元件，發(fā)光效率達(dá)210lm/W。這是通過(guò)使光提取效率（光提取效率是假設(shè)磷光材料的內(nèi)部量子效率為100％計(jì)算出來(lái)的。與外部量子效率的數(shù)值相同。）超過(guò)原來(lái)的兩倍、提高至56.9％而實(shí)現(xiàn)的。三上明義研究小組通過(guò)詳細(xì)計(jì)算OLED元件中的光運(yùn)動(dòng)情況，找到實(shí)現(xiàn)高光提取效率的方法。針對(duì)OLED元件的厚數(shù)百nm以下的超薄半導(dǎo)體層以及密封層等膜厚數(shù)百μm～1mm的“厚膜層”中的光的運(yùn)動(dòng)情況，按照波長(zhǎng)及偏振光進(jìn)行了分析。分析發(fā)現(xiàn)，原來(lái)的OLED元件有50%-70%的光能量未從半導(dǎo)體層輸出，而是以熱量的形式被浪費(fèi)掉。在此基礎(chǔ)上，三上明義研究小組將厚膜層的折射率提高至2之后，再次對(duì)光運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，證實(shí)有2/3的光能量轉(zhuǎn)移到了厚膜層。不過(guò)，這只是直接改變了光聚集的層，并無(wú)助于實(shí)現(xiàn)高光提取效率，向元件外部輸出的光線比例仍比較低。三上明義研究小組在厚膜層的厚0.7mm、折射率為2.03的玻璃表面上形成了0.3mm間距的透鏡陣列結(jié)構(gòu)，由此將厚膜層中聚集的光高效提取到元件外部。在實(shí)際試制的OLED元件，并對(duì)其進(jìn)行的檢測(cè)表明，獲得了56.9％的高光提取效率。三上明義表示，該元件理論上的光提取效率為75～80％。透鏡陣列的改進(jìn)余地也還很大。研究小組的目標(biāo)是“實(shí)現(xiàn)無(wú)損失的光源”，除此次的厚膜層和透鏡陣列之外，如果結(jié)合索尼開(kāi)發(fā)的“微腔構(gòu)造”等技術(shù)，便有望大幅接近這一目標(biāo)。

據(jù)市場(chǎng)研究公司DisplaySearch預(yù)測(cè)，OLED市場(chǎng)產(chǎn)值將從2007年度的5億美元與2008年度的6億美元，成長(zhǎng)至2009年度的11億美元，2011年度的20億美元，2012年度的30億美元，與2015年度的55億美元。

在發(fā)光技術(shù)持續(xù)改善的趨勢(shì)下，產(chǎn)業(yè)研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為，OLED可望在2011年進(jìn)入商品化量產(chǎn)階段。2011年OLED照明市場(chǎng)規(guī)模將快速增長(zhǎng)至17.1億美元，2020年有望上升至140億美元。由于OLED照明普及關(guān)鍵在于低成本的制造技術(shù)，對(duì)于定位在中游面板模組制造的臺(tái)灣OLED業(yè)者而言，具備大量生產(chǎn)能量，并且掌握生產(chǎn)良率技術(shù)，可算是已有入場(chǎng)門(mén)票。雖然臺(tái)灣在相關(guān)領(lǐng)域缺乏照明品牌、自主材料、技術(shù)與專利等加持，但臺(tái)灣OLED廠仍可在產(chǎn)業(yè)鏈中扮演代工Turn-key角色，藉由爭(zhēng)取國(guó)際大廠代工OLED照明產(chǎn)品機(jī)會(huì)，提升本土技術(shù)與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，臺(tái)灣OLED廠若能與歐美OLED照明廠商策略聯(lián)盟，取得專利授權(quán)、技術(shù)移轉(zhuǎn)，并以具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格為其代工生產(chǎn)出貨，未來(lái)將可擴(kuò)大全球OLED照明市場(chǎng)。從各廠商所規(guī)劃的OLED照明發(fā)展藍(lán)圖來(lái)看，OLED照明市場(chǎng)可望在2011年出現(xiàn)突破性進(jìn)展，包括Philips、GE、Konica Minolta、Lumiotec與OSRAM等將陸續(xù)量產(chǎn)。而國(guó)際大廠對(duì)OLED和LED等新光源應(yīng)用的積極布局，更可在其專利交叉授權(quán)中預(yù)見(jiàn)端倪，預(yù)料將有助于OLED和LED照明的市場(chǎng)應(yīng)用推展。

據(jù)市場(chǎng)調(diào)研公司DisplaySearch，2011年OLED照明市場(chǎng)將會(huì)騰飛，2013/2014年OLED照明營(yíng)業(yè)收入將超過(guò)無(wú)源矩陣OLED顯示器，在2018年以前達(dá)到60億美元。數(shù)以億計(jì)的美元已被投入到OLED照明領(lǐng)域，尤其是在歐洲、美國(guó)和日本。雖然OLED顯示器投入量產(chǎn)已經(jīng)10年左右了，但OLED照明只是剛剛開(kāi)始試產(chǎn)和小批量生產(chǎn)。DisplaySearch的顯示技術(shù)總監(jiān)Jennifer Colegrove表示：“這是因?yàn)镺LED顯示器與OLED照明面臨不同的挑戰(zhàn)。”Colegrove還指出，OLED照明的創(chuàng)新性特點(diǎn)在激發(fā)設(shè)計(jì)人員的想像力。DisplaySearch認(rèn)為，OLED照明產(chǎn)業(yè)中的早期和主要廠商將是飛利浦、通用電氣(GE)、Konica Minolta、Lumiotec和Osram，這些廠商都將在2012年以前開(kāi)始量產(chǎn)。預(yù)計(jì)最先開(kāi)始批量銷(xiāo)售相關(guān)產(chǎn)品的將是飛利浦，然后是通用電氣和Konica Minolta。

盡管有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)的材料發(fā)展進(jìn)度看來(lái)相當(dāng)良好，最近業(yè)界也陸續(xù)披露了有關(guān)效能與亮度不斷獲得突破性進(jìn)展的新聞，然而，在柔性照明與顯示設(shè)備領(lǐng)域中，仍有一個(gè)主要問(wèn)題懸而未決：這類(lèi)裝置的壽命都太短了。市場(chǎng)分析公司IDTechEx總監(jiān)SusannReuter指出，無(wú)論這些照明顯示設(shè)備多么令人印象深刻，或是看起來(lái)有多優(yōu)雅，消費(fèi)者都不會(huì)愿意購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品壽命過(guò)短的產(chǎn)品。導(dǎo)致產(chǎn)品壽命問(wèn)題的主要在于發(fā)光材料本身，即其對(duì)水份和氧氣的固有敏感性。Reuter表示，對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能光伏(organic photovoltaics，OPV)材料而言也是如此──盡管與結(jié)晶硅相比，這種新興材料擁有潛在的低成本加工法等優(yōu)勢(shì)，但即使對(duì)一些不大要求長(zhǎng)壽命的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，它的壽命仍然不夠長(zhǎng)。而薄膜無(wú)機(jī)PV材料，如基于非晶硅、銅銦錠硒(CIGS)或碲化鎘(CdTe)的材料則較不敏感，但同樣的，當(dāng)涉及柔性或可彎曲的產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，若問(wèn)及20年的產(chǎn)品保修，制造商通常無(wú)法響應(yīng)。在OLED與OPV這兩種應(yīng)用情況中，玻璃可呈現(xiàn)出更好的性能，因?yàn)椴ＡЭ商峁┝己玫淖韪粜阅?。但在柔性、或是基于聚合物的基板等?yīng)用中，情況則截然不同。在這類(lèi)應(yīng)用中，需要特殊的涂層和層壓技術(shù)來(lái)保護(hù)敏感的有機(jī)材料。業(yè)界一直針對(duì)這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行研發(fā)，如位于美國(guó)加州的Vitex Systems公司，Reuter指出，這家公司開(kāi)發(fā)出帶有結(jié)合了聚合物與薄氧化鋁的特殊堆棧層的柔性基板。對(duì)OLED與OPV來(lái)說(shuō)，來(lái)自業(yè)界不斷進(jìn)化的基礎(chǔ)研究，正不斷推動(dòng)著這些新興應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)展。