日韓歐美大廠競(jìng)逐OLED照明2015年起飛
繼發(fā)光二極體(LED)照明后，具備節(jié)能減碳優(yōu)勢(shì)的有機(jī)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(wú)LED的「高熱」問(wèn)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(duì)少，所以不論是美國(guó)能源局提供的數(shù)據(jù)，或投入研發(fā)多年已開(kāi)始量產(chǎn)的業(yè)者咸普遍認(rèn)為，2015年OLED照明會(huì)與LED出現(xiàn)交*點(diǎn)，開(kāi)始切入普通照明市場(chǎng)，并將以主照明為戰(zhàn)場(chǎng)。
OLED照明后勢(shì)俏歐日大廠競(jìng)逐商機(jī)
OLED最早系由鄧青云(Dr. Ching Wan Tang)于1975年加入柯達(dá)Rochester實(shí)驗(yàn)室時(shí)，從事研究工作意外所發(fā)現(xiàn)，1987年同屬柯達(dá)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(jī)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(guó)劍橋?qū)嶒?yàn)室，也研制出高分子有機(jī)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(gè)全新發(fā)展方向。
OLED可簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)出產(chǎn)品。相對(duì)于OLED，PLED主要優(yōu)勢(shì)為制程較簡(jiǎn)單且可做成大面積，但礙于產(chǎn)品壽命問(wèn)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(guó)際照明業(yè)者及歐美政府相繼投入研究開(kāi)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(gè)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(yùn)層(HTL)和陽(yáng)極(HOMO)所組成，如圖1所示。
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| 圖1 OLED基本結(jié)構(gòu)圖資料來(lái)源：OSRAM |
OLED工作原理為加入一外加偏壓，使電子電洞分別經(jīng)過(guò)電洞傳輸層(Hole Transport Layer)與電子傳輸層(Electron Transport Layer)后，進(jìn)入一具有發(fā)光特性的有機(jī)物質(zhì)，在其內(nèi)發(fā)生再結(jié)合時(shí)，形成「激發(fā)光子」后，再將能量釋放出來(lái)而回到基態(tài)，而這些釋放出來(lái)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(lái)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(lái)，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(dòng)電壓低且省電效率高，且反應(yīng)快、重量輕、厚度薄、構(gòu)造簡(jiǎn)單和成本低，再加上OLED為面光源，因此包括歐美系國(guó)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(kāi)始對(duì)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(jìn)歷程來(lái)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。[!--empirenews.page--]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(shì)存在。
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| 圖2 照明光源演進(jìn)歷史及未來(lái)發(fā)展預(yù)測(cè)圖資料來(lái)源：Navigant Consulting |
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(jī)材料有高分子與低分子兩類。
目前市場(chǎng)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(dá)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(kāi)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(jìn)入實(shí)用化階段，而最晚開(kāi)發(fā)的藍(lán)光，目前仍有短壽命問(wèn)題存在。
由于白光OLED的取得，須透過(guò)不同顏色混光而成，因此實(shí)用化產(chǎn)品中，OLED元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(dá)到最佳化的白光發(fā)光效率。
2012年初日本Lighting Japan LED/OLED研討會(huì)中，Panasonic便發(fā)表一項(xiàng)采用日廠出光興業(yè)開(kāi)發(fā)的新型藍(lán)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(dá)56lm/W，演色性為91，半衰壽命期限為十五萬(wàn)個(gè)小時(shí)。
另一項(xiàng)采用全磷光的產(chǎn)品，透過(guò)導(dǎo)入高折射率光取出層材料，白光OLED可達(dá)128lm/W高效率，不過(guò)產(chǎn)品信賴性仍不高。
另外，近年來(lái)OLED照明相關(guān)廠商，亦陸續(xù)對(duì)外發(fā)表各自在次世代照明的成果。以表1揭露的資料來(lái)看，目前以采用全磷光的Panasonic在效率表現(xiàn)最佳，已到128lm/W。
開(kāi)始商品化的OLED顯示器，把訴求重點(diǎn)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(jiàn)光的波長(zhǎng)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(diǎn)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(diǎn)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(wú)法單獨(dú)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(lái)在市場(chǎng)上具有賣(mài)點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)。
[!--empirenews.page--]但燈具搭配LED光源或螢光燈之后的整體效率，會(huì)受燈具設(shè)計(jì)以及導(dǎo)光機(jī)制而影響。
從圖3及圖4顯示資料來(lái)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(dòng)電路設(shè)計(jì)影響，而后者則不然。
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| 圖3 OLED照明整體效率資料來(lái)源：Panasonic |
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| 圖4 LED照明(側(cè)邊入光方式)整體效率資料來(lái)源：Panasonic |
LED光源應(yīng)用中，元件效率會(huì)因?yàn)闇囟忍嵘a(chǎn)生的散熱、老化或是壽命問(wèn)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(lái)，因此不用擔(dān)心上述LED光源會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象。
以目前各項(xiàng)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(jìn)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(kāi)發(fā)出來(lái)的裝飾照明，不過(guò)挾OLED照明燈具總合效率高，且大面積特性，未來(lái)效率一旦提升，價(jià)格下滑到具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力時(shí)，將會(huì)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。
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