OLED照明產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)探討

雖然OLED照明產(chǎn)品還只處在初期階段，但目前OLED照明器件的亮度、效率和壽命在研發(fā)層面已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平，如美國柯達(dá)公司（Kodak）、寰宇顯示公司（UDC）、飛利浦（Philips）、西門子（Simens）、歐司朗（Osram）和Novaled公司的研究都取得了不錯的結(jié)果。這些企業(yè)在OLED照明產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃過程中，除了繼續(xù)提高白光OLED的效率和壽命外，已經(jīng)把降低價格作為主攻研發(fā)方向，甚至還把上游的材料商和設(shè)備商規(guī)劃納入進(jìn)來，目的在于形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)OLED照明產(chǎn)品的開發(fā)和市場應(yīng)用。

　　據(jù)了解Philips、GE、Konica Minolta、Lumiotec、OSRAM等國際大公司預(yù)計2010-2012年將陸續(xù)推出OLED照明產(chǎn)品，實際上，這些大公司已經(jīng)開始了OLED照明產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)（世界主要公司計劃OLED照明產(chǎn)品的量產(chǎn)路線圖如圖1）。盡管如此，OLED照明要達(dá)到熒光燈的水平并得到廣泛應(yīng)用，仍存在許多問題需要解決，主要包括效率、壽命和生產(chǎn)成本三個方面，而成本應(yīng)該是制約OLED照明普及的關(guān)鍵因素。

圖1 OLED照明產(chǎn)品量產(chǎn)路線圖

　　OLED照明要在效率上達(dá)到熒光燈的應(yīng)用水平，其功率效率至少要達(dá)到70lm/W，雖然目前約100lm/W的OLED照明器件已經(jīng)有報道，但這是在非常極端的情況下制造出來的，通常情況下制造出來的OLED照明器件的效率也只有30~50lm/W，顯然這遠(yuǎn)沒有達(dá)到要求。

　　OLED高光效需解決材料和結(jié)構(gòu)問題

　　OLED照明要在效率上達(dá)到熒光燈的應(yīng)用水平，其功率效率至少要達(dá)到70lm/W，雖然目前約100lm/W的OLED照明器件已經(jīng)有報道，但這是在非常極端的情況下制造出來的，通常情況下制造出來的OLED照明器件的效率也只有30~50lm/W，顯然這遠(yuǎn)沒有達(dá)到要求。

　　從材料的角度來說，要達(dá)到如此高的效率，必須采用發(fā)光效率可達(dá)100%的磷光材料，目前綠光和紅光磷光材料已經(jīng)沒有問題，急待解決的是起重要作用的藍(lán)光磷光材料。現(xiàn)在非常缺乏高效率、高穩(wěn)定性的藍(lán)光磷光發(fā)光材料，也是目前阻礙OLED照明器件效率提高的主要技術(shù)難點，因此開發(fā)實用化的高效率、高穩(wěn)定性藍(lán)光磷光發(fā)光材料的量產(chǎn)技術(shù)已成為該領(lǐng)域的主要攻關(guān)方向。

　　從器件結(jié)構(gòu)角度來說，有效的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計也是提高器件效率的關(guān)鍵，目前好的器件結(jié)構(gòu)包括多發(fā)光層結(jié)構(gòu)、單發(fā)光層結(jié)構(gòu)、疊層結(jié)構(gòu)和頂發(fā)射結(jié)構(gòu)。多發(fā)光層結(jié)構(gòu)是目前制備白光OLED器件最多的一種，工藝比較成熟，器件性能也是最好，但復(fù)雜的工藝過程可能會影響它在未來OLED照明器件的成品率和生產(chǎn)成本問題，并且這種結(jié)構(gòu)器件有時還存在光譜和色度坐標(biāo)隨驅(qū)動電壓變化的缺點。然而，多發(fā)光層結(jié)構(gòu)由于良好的器件性能，并且光譜和色度坐標(biāo)隨驅(qū)動電壓變化的問題完全可以通過器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計得到解決，因此如果能夠在成品率上得到控制和提高的話，該結(jié)構(gòu)還是不失為一種量產(chǎn)技術(shù)，Philips、UDC、Novaled公司目前使用的就是這種結(jié)構(gòu)。

　　單發(fā)光結(jié)構(gòu)雖然可以在一定程度上避免色純度隨驅(qū)動電壓的變化，也可能在生產(chǎn)過程中簡化工藝，但不盡如人意的效率和穩(wěn)定性問題也使這種結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中無法得到應(yīng)用。

　　疊層結(jié)構(gòu)具備了單發(fā)光層和多發(fā)光層結(jié)構(gòu)的特點，它是通過電荷產(chǎn)生層將多個發(fā)光單元串聯(lián)起來的一種器件結(jié)構(gòu)，疊層器件有非常好的光譜穩(wěn)定性，并且高的發(fā)光效率、高的發(fā)光亮度和良好的穩(wěn)定性等特點使疊層結(jié)構(gòu)器件在實際應(yīng)用中非常具有競爭力，如果能夠在疊層結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工藝方面得到進(jìn)一步完善的話，疊層結(jié)構(gòu)器件有望成為照明用白光OLED生產(chǎn)的主流技術(shù)。

　　頂發(fā)射結(jié)構(gòu)由于其在有效發(fā)光面積和提高效率方面的優(yōu)勢，也可能成為照明用白光OLED的一個重要技術(shù)發(fā)展方向，而且將其它結(jié)構(gòu)和頂發(fā)射結(jié)構(gòu)結(jié)合起來可以發(fā)展出更高性能的白光OLED。

　　在控制成本的前提下提高光提取技術(shù)

　　除了材料和器件結(jié)構(gòu)，還有一個提高白光OLED效率非常關(guān)鍵的技術(shù)，即光提取技術(shù)，這也是OLED照明器件要達(dá)到可應(yīng)用功率效率時必須采用的技術(shù)。對于可應(yīng)用的提取技術(shù)，在盡可能提高輸出光的同時，還必須考慮其實用性，到目前為止，研究者開發(fā)出了許多光提取技術(shù)，但真正能滿足應(yīng)用要求的并不多，最主要的原因是工藝復(fù)雜性造成的成本問題以及大面積化問題。

　　目前比較好的且可應(yīng)用的光提取技術(shù)包括在基板外表面制作由棱鏡或微透鏡組成的耦合薄膜、在透明電極外側(cè)引入散射層和高折射指數(shù)層等方法，Philpis、GE、UDC、Novaled、Konica Minolta等公司就分別采用了這些光提取方法大大提高的OLED照明器件的效率，結(jié)合高折射指數(shù)基板和微透鏡耦合結(jié)構(gòu)，光提取效率甚至提高到了原有的2.4倍，可以相信，一旦這種光提取技術(shù)開發(fā)成熟，基板供應(yīng)商就可以批量地生產(chǎn)這種可有效提高OLED輸出效率的導(dǎo)電基板，滿足OLED照明應(yīng)用的要求，而在達(dá)到這個目標(biāo)之前，首先必須解決加工大面積基板的低成本制造技術(shù)。

　　通過光衰減調(diào)控提高OLED產(chǎn)品壽命

　　OLED照明應(yīng)用要得到普及的話，還必須進(jìn)一步提高它的壽命，初期的目標(biāo)是達(dá)到熒光燈的水平，即20000小時，而未來目標(biāo)是要達(dá)到50000小時，要達(dá)到這個目標(biāo)，除了要在材料方面有大的突破和進(jìn)一步改進(jìn)器件結(jié)構(gòu)和工藝外，大面積均勻性的控制方法和OLED器件在使用過程中光衰減的調(diào)控方法對改善OLED照明器件在實際應(yīng)用中的穩(wěn)定性也尤為重要。

　　改善OLED照明器件大面積均勻性的一個有效方法就是在基板上引入一些金屬輔助線來有效降低ITO的電阻（圖2），如此改善電流分布的均勻性，為了不影響照明的有效區(qū)域，金屬輔助線的區(qū)域一般控制在照明區(qū)域的10%~20%的范圍內(nèi)，在沒有找到更好的方法之前，這種簡單的金屬輔助線方法不失為一種好的實用方法。

圖2 OLED照明板的金屬輔助線結(jié)構(gòu)

　　最近Kodak公司開發(fā)出了另一種組裝大面積OLED照明裝置的方法（圖3），采用單片集成單元的方法，把單個發(fā)光單元串聯(lián)在一起，這種方法在實際應(yīng)用中非常實用，不但可以改善發(fā)光均勻性，也簡化了電源的設(shè)計。

圖3 OLED照明板的串聯(lián)結(jié)構(gòu)

　　對于OLED器件在使用過程中光衰減的問題，主要采用通過控制電路產(chǎn)生校正信號，保證光輸出恒定，即調(diào)光方法。在各種調(diào)光設(shè)計中，校正的可行性和準(zhǔn)確性是設(shè)計實用與否的關(guān)鍵。目前只有Philips和Matsushita Electric公司開發(fā)出了這種電路應(yīng)用在OLED照明裝置上進(jìn)行光衰減調(diào)控。

　　控制成本的前提下提高成品率 推動量產(chǎn)

　　其實，目前OLED照明之所以還無法得到應(yīng)用，最根本的原因在于它居高不下的成本，現(xiàn)在OLED的價格明顯高于傳統(tǒng)照明，雖然價格問題可以通過提高器件的亮度得到改善，但高亮度又帶來了壽命問題。重要的是，由于生產(chǎn)設(shè)備的不成熟和缺乏可靠的量產(chǎn)環(huán)境中實現(xiàn)OLED的工藝流程，導(dǎo)致OLED的成品率低下，使OLED的價格無法降低，這反過來又影響了OLED的大批量生產(chǎn)的推廣。因此要解決OLED照明的量產(chǎn)技術(shù)瓶頸，首要任務(wù)是提高成品率，推動OLED的