OLED照明技術研究進展綜述

項興焜

（海南熱帶海洋學院海洋科學技術學院，海南三亞，572022）

0 引言

近年來，OLED技術作為新型顯示技術，被廣泛應用于手機、電腦等屏幕顯示。同時，它在照明領域也有不錯的發展前景，是次世代最有前途的顯示和照明產品之一。

為了向OLED照明技術研究工作者更好地提供參考，文章主要對目前已展開的OLED照明技術研究進展進行綜迷。首先介紹了OLED技術原理結構，然后進一步介紹OLED照明技術國內外發展現狀，簡要了解目前OLED照明技術研究中存在的問題與難點，并對其未來發展進行展望，期望能為OLED照明技術研究發展貢獻綿薄之力。

1 OLED結構原理

OLED又稱為有機發光半導體，是一種電流型的有機發光器件。OLED的結構根據發光顏色可分為單層結構、雙層結構、三層結構和多層結構。從驅動方式上分類，可分為有源驅動和無源驅動。而從材料上看，可分類為小分子基和高分子基。其結構主要由陰極、陽極、基板、電子注入層、電子傳輸層、發光層空穴傳輸層、空穴注入層、電子阻擋層及空穴阻擋層構成。當外加驅動電壓驅動時，來自陽極的空穴和陰極的電子會向中間的發光層注入，電子和空穴分別被電子傳輸層和空穴傳輸層傳輸到發光層處，電子和空穴相遇后會產生能量激子，能量激子會將發光層中的有機分子活化，使得有機分子最外層的電子發生躍遷，在躍遷的過程中會有能量以光的形式被釋放出來，使得 OLED產生可見光。發射的顏色取決于發射層有機材料的選擇[1]。要實現白光OLED的方法主要有兩種方法：用藍光和橙光兩種補償光或紅、綠、藍三基色光通過摻雜或多層的方式實現白光；或是用發藍光的OLED激發橙色、紅色熒光或磷光粉實現白光。前者稱為顏色混合法，后者稱為波長轉換法（下轉換法）。

2 OLED照明技術發展與現狀

隨著人們對節能高效的照明產品的需求不斷增長，目前許多國家都已進行了OLED照明技術的相關研究，其中德國歐司朗公司早在 2007年7月開始研究OLED在照明上的應用[2]。我國于1991年開始研究OLED材料，在全球范圍內起步較晚。本節主要對目前國內外OLED照明技術發展與現狀簡要概述。

2.1 國外研究現狀

近幾年，美歐日韓的OLED照明技術迅速發展，眾多企業在OLED照明行業處于頂尖行列。例如美國的通用電子公司早在2008年就成功制作了出了OLED照明產品。美國的環宇顯示技術公司擁有磷光材料的核心技術和專利，并且很開發出了全磷光白色OLED照明設備。

在亞洲，日本的OLED照明設備廠商早在 2011年就開展了OLED照明技術的研究及OLED照明燈具的制造。日本東芝公司在2013年就推出了一款可拆卸組合的OLED照明燈具，這款燈具能夠無線供電，每個OLED燈可從無線供電基座上拆卸并且可以隨意組合，擺出各種圖案。2013年年初，松下電器公司開發了居家辦公用的OLED照明面板產品。2018年Konica Minolta先鋒OLED推出了車用OLED照明系統。此外，韓國的SAMSUNG公司在OLED領域中一直占領先地位。此外，LG公司于2019年同韓國首爾大學合作，為大學新建的圖書館安裝了OLED照明產品，并為韓國冠廷圖書館提供、安裝了1100片照明面板，這是目前全球規模最大的OLED照明安裝工程。

歐洲PHILIPS公司早在1991年，就已開始了OLED技術的相關研究，并在2004年開展OLED照明技術上的研究。2010年，PHILIPS公司推出了全球第一個有電源直接供電的OLED照明模塊。2011年，PHILIPS與Konica Minolta推出了共同研發的白色OLED照明面板，該面板在當時的白色OLED照明產品中屬于全球最高水平。而德國歐司朗公司早在2007年開始研究OLED在照明上的應用。經過十幾年時間的發展，歐司朗公司成了車載OLED照明領域的行業巨頭。

2.2 國內研究現狀

清華大學從1996年就開展了OLED材料、器件的研究，并于 2001年同OLED技術公司及相關企業合作，一同成立了維信諾科技公司，從事OLED設備的生產及研發。2002年，維信諾科技公司建成了中國大陸第一條OLED生產線，并于次年攻克了OLED生產工藝的關鍵技術，實現了OLED模塊從研發走向生產與銷售的目標。在AMOLED方面，維信諾科技公司與昆山工研院合作，并于2010年5月建成了AMOLED試生產線，實現了大尺寸AMOLED規?；a。2012年，周卓輝團隊第一個采用OLED模擬蠟燭光獲得光源。利用OLED獲取的燭光，僅用電力供電，節能能力是蠟燭的300倍。2010年，由蘇州大學和張家港彩虹平板顯示有限公司共同建設的江蘇省碳基功能材料與器件高技術研究重點實驗室成功研制出11cm×11cm的大尺寸OLED照明面板[5]。

3 OLED照明技術面臨的問題與挑戰

OLED照明技術近年來得到了極大的發展，在多個領域中得到了廣泛應用。但OLED照明產品在技術、成本、壽命等方面仍面臨著一些問題與挑戰。

3.1 技術問題

應用對OLED照明設備的基本要求是高功率效率、高亮度下長壽命和低生產成本。此外，惡劣環境條件下OLED面板的可靠性也是室內外應用的關鍵參數。根據產品應用要求，OLED照明面板應該能夠在惡劣的環境條件下運行，沒有任何故障和光通量下降，且具有足夠的壽命。盡管OLED器件具，但與照明面板相關的各種問題。雖然目前已有實驗在極端條件下制造出了發光效率150Im/W以上的OLED照明器件，但是OLED照明要通常情況下的發光效率只有60～80Im/W，無法達到像熒光燈那樣的應用水平求。此外，在材料方面，若要達到像熒光燈那樣的應用水平，需要采用發光效率達100%的磷光材料。目前除了紅光磷光材料和綠光磷光材料能夠達到100%發光效率，藍光磷光材料依然無法達到高效率、高穩定性要求，這也是目前OLED照明設備面臨的技術難題。

3.2 制造成本

OLED產品的成本受技術和制造工藝的影響，目前制作白光OLED器件最常用的結構是多發光層結構。目前傳統方法生產的OLED照明面板價格相對非常高，并且在降低 OLED照明制造成本的同時，還需要提高設備功效才能大規模采用。Mitsubishi Chemical Corporation-Pioneer Corporation曾開發了一種顏色可調和可調光的OLED照明面板，使用Mits濕涂層工藝生產，成本不到常規生產方法制造的OLED成本的三分之一[3]。制造商將產品投入大眾市場的障礙主要是OLED照明面板的高制造成本。盡管OLED照明的效率和壽命自2013年以來均有所提高，但高成本和制造挑戰仍然存在。因此，研究、開發出低成本、高性能規格的OLED照明技術仍是當前的重要任務。

3.3 柔性OLED面臨的問題

柔性、可彎曲OLED設備的開發也面臨著制造工藝和材料技術等許多技術挑戰。柔性和可彎曲OLED照明面板的性能和制造相關挑戰列為產品屬性、壽命、可靠性、功效、均勻性、厚度、重量、彎曲半徑、靈活性，機械和電氣連接和支撐等。此外，柔性OLED設備目前面臨復雜的制造挑戰，例如較低的成品率和較長的制造時間導致生產成本較高。使用低成本設備的積極的制造成本降低策略是可取的。采用絲網印刷和噴墨印刷等低成本制造工藝可能會解決柔性OLED的一些制造問題。此外，覆蓋窗一般采用鋼化曲面玻璃，要保證其強度、厚度、透光率和柔韌性也是技術挑戰[4]。

4 OLED照明技術展望

4.1 柔性OLED在汽車領域的應用

近年來，隨著OLED照明技術的發展，薄型柔性OLED透明顯示器已經可以集成到車輛的擋風玻璃中，為駕駛員提供更好的駕車服務及駕車體驗。歐盟也開展了Horizon 2020研究計劃，合作伙伴包括AMIRES公司、NSG集團、芬蘭 VTT 技術研究中心等OLED技術廠商。此外，歐司朗公司開發了由奧迪設計的柔性OLED尾燈，HARMAN-Samsung 正在為汽車行業開發先進的柔性透明OLED顯示器[5]。OLED顯示器和照明系統在汽車領域得到了廣泛的應用，如儀表板顯示器（儀表盤、導航和媒體）、內部照明、外部照明、數字后視鏡等。在不久的將來，OLED汽車市場有望取得更多有希望的發展。

4.2 物聯網互聯照明系統

OLED照明技術具有數字化的優勢，與現代電子設備、傳感器和控制系統兼容，可以充當物聯網（IoT）的平臺。OLED照明技術同低成本傳感器、智能手機和應用程序以及物聯網的融合，有望實現新的照明系統功能。在照明領域，“物”包括物理設備（如智能燈具和傳感器）以及基礎設施元素（如網關）。引入物聯網作為互聯照明系統的支柱，可以實現設備（“事物”）之間的無縫通信、上下文服務和數據共享。連接到網絡的照明系統可以從任何集中式系統或云監控和控制。在辦公室、商業場所和工業中使用智能照明可以將能源成本降低約90%，有助于更好地利用和維護建筑空間。紐約州倫斯勒理工學院照明研究中心正在開展由紐約州能源研究與發展局贊助的LED照明與燈具集成和網絡連接照明控制項目。

物聯網的興起無疑將技術推向了一個新的高度。這些都為OLED照明行業帶來了連接未來技術的機會?；ヂ撜彰鹘^對是未來OLED照明技術發展的一個重要方向?？傊?，在物聯網技術的幫助下，OLED照明技術通過融合物聯網技術，為行業帶來根本性的變化。

5 結論

OLED照明設備的普及率遠不及LED的根本原因是其高昂的成本。導致其成本高昂的原因在于目前OLED照明器件的制造工藝還達不到要求及關鍵材料的合成十分復雜。生產技術的不成熟，導致OLED照明器件的成品率很低。較低的成品率與關鍵材料合成的復雜又使得OLED照明器件的成本無法降低，形成了一種惡性循環。因此，若要降低生產成本，提高OLED照明設備的普及率，必須要開發出高性能、高自動化、高可靠性、低價格的生產設備及封裝技術，優化、完善生產工藝流程，做好原材料的開發、生產裝備的研發、產品的研制等生產工作。雖然目前OLED照明行業尚處于初期，但OLED技術在顯示領域的飛速發展也帶動了其在照明領域的發展?？梢灶A計，未來OLED照明設備會處于照明市場的主導地位。