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LED技木与科技

OLED照明关键技木优势与展望分析

白光OLED优势技木高,成为了半导体照明领域近年的研究热点和重点,全球三大照明厂商飞利浦、欧司朗及通用电气亦参与OLED照明应用的研究,2010年日本Lumiotech也推出OLED照明产品。中国也有维信诺、南京第壹有机发光、北京京东方等在积极投资OLED照明面板的研发和产业化。

有机电致发光器件(OLED)具有全固态、自发光、工作电压低、功耗低和可用于柔性衬底等特点,可以作为平板显示器(如液晶显示)的背光源,或者作为平面照明光源,越来越受到广大科研工作者的关注。紧随无机发光二极管(LED)OLED照明技木成为了半导体照明领域近年的研究热点和重点。

2000年起美国能源部即每年投入3000万美元进行OLED 照明技木的研发。全球三大照明厂商飞利浦(Philips)、欧司朗(Osram)及通用电气(GE)亦参与OLED照明应用的研究,2010年日本Lumiotech也推出OLED照明产品。中国也有维信诺、南京第壹有机发光、北京京东方等在积极投资OLED照明面板的研发和产业化。

白光OLED照明的优势

LED相比,OLED在轻薄、柔性、护眼等方面更具有优势,特别适合于室内的大面积照明,在未来照明领域中具有诱人的应用前景。另外,白光OLED 结合滤光片技木即可实现全色显示。经过近二十年的发展,白光OLED 器件的性能及理论研究都取得了长足的进展,已经接近荧光灯的发光效率,显示其巨大的应用前景,被认为有潜力的新一代半导体照明光源。

1)面发光

与其他各类人造光源技木相比,OLED技木具有独特的优势,是目前为止好的照明光源。OLED照明的大特点是光源自身为面发光。包括LED照明在内的已有照明是利用点和线光源照亮空间。在需要面发光的时候,一直是把多个点光源、线光源排在一起,在外面罩上面板形状的灯罩。而使用白光OLED技木则能够直接实现整面发光的照明,制造出大范围、均匀照明的合适器具。

2)可挠曲

将白光OLED制备在柔性的基板上,可实现弯曲光源,可挠曲,且拥有不易破裂的特性,将使照明产品与应用技木推陈出新,并超出现有的想象。

3)环保

随着人们越来越关注环保,白炽灯与荧光灯正逐渐被取代,LED照明光源成为主力,OLED照明则因特有的优势,可望成为备受瞩目的新的照明技木。根据日本山形大学理工学研究所城户淳二教授的推估,使用OLED照明,到2020年,预计可减少670万吨、约2.3%的二氧化碳排放量。

高效白光OLED器件的性能

高效率、长寿命、低成本是白光OLED照明光源实现产业化的关键,其中,效率体现了将电能转化为光能的能力,寿命体现了其实用性,而成本是市场厂泛应用的前提。综合考虑材料的选择和器件结构的设计,利用荧光蓝光材料加上黄色或红、绿光磷光材料组合得到效率较高的白光发射,配合光取出技木,大幅度提高功率效率,并利用叠层结构增加器件的稳定性,得到能够实用化的使用寿命是WOLED目前的合适选择。与此同时,热致延迟荧光材料作为新一代的有机发光材料,正受到研究者的关注和迅速跟进。

目前,国际上白光OLED器件性能日新月异,相继有新报道推出。近两年发布的白光OLED器件实验室水平见上表12013年,LG公司在SID(Societyfor Information Display)会议上报道的叠层器件,效率达到80 lm/W,且寿命较长。松下公司报道的全磷光WOLED器件,效率超过100 lm/W2014年,南京第壹有机光电发表的3单元叠层结构,效率高达117 lm/W,其中利用外光取出技木的3单元叠层结构已经能够实现在生产线量产,1000 cd /m2下的功效超过80 lm/W3000 cd /m2下的功效超过60 lm/W,产品性能达到了国际水平。

白光OLED技木展望

除了材料和器件结构,还有一些提高白光OLED效率非常关键的技木,即光提取技木和封装技木。此外,OLED 大的优势在于可以制备柔性器件,目前,柔性OLED 技木也成为了目前最热门的研究课题之一。

1)光取出技木

普通透明衬底上制备的OLED器件,优化后的光输出耦合效率也只有20%左右,也就是说器件内部产生的光约有80%以上被限制或损耗在器件的膜层内部,没有利用到。要想得到高效率的白光OLED,器件的出光效率必须大幅度提高,因而开发光取出技木显得尤为重要。

现已经有多种器件修饰技木可以提高光取出效率,主要分为外部提取方案(external extraction schemeEES)和内部提取方案(internal extraction SchemeIES)EES是针对的是衬底的外表面,IES是针对的是衬底和透明电极之间。EES制备起来比较简单,微透镜技木、涂布散射层、形状化基底技木、纳米图案和纳米多孔膜已经用于实际量产的产品中。相比之下,IES对光取出率的提高程度比EES要大一些,但是因为制备起来比较困难,工艺复杂,目前还只是在实验室阶段,插入低折射率层、通过光刻等技木等把器件ITO/有机区域制成波纹形状、光子晶体等。

此外,在OLED器件中加入合理设计的微腔可以提高光取出效率。到目前为止,研究者开发出了许多光提取技木,但真正能满足应用要求的并不多,最主要的原因是工艺复杂性造成的成本问题以及大面积化问题。

2)封装技木

OLED寿命相关的关键技木之一就是封装技木。传统OLED封装方式使用的是金属盖或玻璃盖板,传统的OLED封装技木虽然有效,但很笨拙,而且成本高。此外,很明显这种盖板不适合柔性器件的封装。进而,出现了薄膜封装技木。薄膜封装按封装材料可分为无机薄膜封装、有机薄膜封装、无机/有机复合薄膜封装等。

3)柔性技木

柔性显示技木一直是人们的梦想,也是OLED技木最独特的优势。柔性OLED器件的研究主要集中在衬底端阳极的改善和柔性衬底的研究上。传统的ITO工艺因为制备工艺较高,不适合用于以塑料材质为衬底的柔性器件上。并且由于铟(Indium)资源缺乏,找到能够取代ITO的透明阳极材料成为研究的热点,目前主要有机导电膜材料及碳纳米管等。PETPESPEN 等塑料衬底和金属衬底都可用于制备柔性OLED器件。

随着研究的不断深入,白光OLED的效率、寿命以及亮度等性能正在逐步提高,将向着大面积化、高可靠性、高效率及柔性化发展。另一方面,OLED照明产业化的序幕已经拉开,即将有更多高质量的白光OLED产品出现,带给我们更舒适、完美的享受。