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(guó)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(cuò)的結(jié)果。這些企業(yè)在OLED照明產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃過(guò)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(jià)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(lái),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(chǎng)應(yīng)用。
據(jù)了解Philips、GE、Konica Minolta、Lumiotec、OSRAM等國(guó)際大公司預(yù)計(jì)2010-2012年將陸續(xù)推出OLED照明產(chǎn)品,實(shí)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(jì)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(wèn)題需要解決,主要包括效率、壽命和生產(chǎn)成本三個(gè)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(bào)道,但這是在非常極端的情況下制造出來(lái)的,通常情況下制造出來(lái)的OLED照明器件的效率也只有30~50lm/W,顯然這遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到要求。
OLED高光效需解決材料和結(jié)構(gòu)問(wèn)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(bào)道,但這是在非常極端的情況下制造出來(lái)的,通常情況下制造出來(lái)的OLED照明器件的效率也只有30~50lm/W,顯然這遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到要求。
從材料的角度來(lái)說(shuō),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(méi)有問(wèn)題,急待解決的是起重要作用的藍(lán)光磷光材料?,F(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(diǎn),因此開發(fā)實(shí)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(lái)說(shuō),有效的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(guò)程可能會(huì)影響它在未來(lái)OLED照明器件的成品率和生產(chǎn)成本問(wèn)題,并且這種結(jié)構(gòu)器件有時(shí)還存在光譜和色度坐標(biāo)隨驅(qū)動(dòng)電壓變化的缺點(diǎn)。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(dòng)電壓變化的問(wèn)題完全可以通過(guò)器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(dòng)電壓的變化,也可能在生產(chǎn)過(guò)程中簡(jiǎn)化工藝,但不盡如人意的效率和穩(wěn)定性問(wèn)題也使這種結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)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(diǎn),它是通過(guò)電荷產(chǎn)生層將多個(gè)發(fā)光單元串聯(lián)起來(lái)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(diǎn)使疊層結(jié)構(gòu)器件在實(shí)際應(yīng)用中非常具有競(jìng)爭(zhēng)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(shì),也可能成為照明用白光OLED的一個(gè)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(lái)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(gè)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(shí)必須采用的技術(shù)。對(duì)于可應(yīng)用的提取技術(shù),在盡可能提高輸出光的同時(shí),還必須考慮其實(shí)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(wèn)題以及大面積化問(wèn)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(gè)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(guò)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(shí),而未來(lái)目標(biāo)是要達(dá)到50000小時(shí),要達(dá)到這個(gè)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(guò)程中光衰減的調(diào)控方法對(duì)改善OLED照明器件在實(shí)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(gè)有效方法就是在基板上引入一些金屬輔助線來(lái)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(méi)有找到更好的方法之前,這種簡(jiǎn)單的金屬輔助線方法不失為一種好的實(shí)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(gè)發(fā)光單元串聯(lián)在一起,這種方法在實(shí)際應(yīng)用中非常實(shí)用,不但可以改善發(fā)光均勻性,也簡(jiǎn)化了電源的設(shè)計(jì)。
圖3 OLED照明板的串聯(lián)結(jié)構(gòu)
對(duì)于OLED器件在使用過(guò)程中光衰減的問(wèn)題,主要采用通過(guò)控制電路產(chǎn)生校正信號(hào),保證光輸出恒定,即調(diào)光方法。在各種調(diào)光設(shè)計(jì)中,校正的可行性和準(zhǔn)確性是設(shè)計(jì)實(shí)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(dòng)量產(chǎn)
其實(shí),目前OLED照明之所以還無(wú)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(jià)格明顯高于傳統(tǒng)照明,雖然價(jià)格問(wèn)題可以通過(guò)提高器件的亮度得到改善,但高亮度又帶來(lái)了壽命問(wèn)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(shí)現(xiàn)OLED的工藝流程,導(dǎo)致OLED的成品率低下,使OLED的價(jià)格無(wú)法降低,這反過(guò)來(lái)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(dòng)OLED的
評(píng)論