OLED照明技术及应用进展

刘 飞，李 晓，封小华

(1.京东方光科技有限公司，北京 100015；2.京东方科技集团股份有限公司，北京 100015)

引言

有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，缩写为OLED)，具有许多让照明设计师和建筑设计师兴奋的全新特性：极其纤薄，也不需要昂贵的封装；可被制作成各种形状，仅占用极小的空间，而且可以无缝地集成到设计环境中，只有接通电源后才会被察觉，从而带来视觉上的全新照明体验，如柔性设备面板照明和透明照明墙等。OLED光源是继白炽灯、荧光灯、LED之后的又一次光源革命。因节能环保、寿命长、应用广泛，作为节能环保产业的重要领域，OLED被列入我国战略性新兴产业[1-2]。

1 OLED照明技术的优势

OLED光源在照明领域的技术优势很明显(见图1)：(1)OLED光源不含汞等有毒物质，符合绿色环保的要求，同时OLED内部驱动电压低、功耗小，节能效果显著；(2)OLED是平面光源，发光光线柔和，是一项全新的照明技术；(3)OLED照明易实现薄型化、柔性化，可以制备在柔性的基板上，易于实现大面积、可弯曲的光源；(4)OLED材料来源广泛，OLED材料可以通过改变分子结构来优化性能，且发光颜色在可见光区域内可任意调节(包括红、绿、蓝和白光)；(5)OLED照明技术的制备工艺相对简单。以上技术优势解决了目前照明技术发展中的瓶颈问题，OLED光源将是未来照明产品发展的主流趋势之一。[4]

图1 OLED照明优势Fig.1 Advantages of OLED lighting

OLED照明与LED照明相比，其理论能效可以达到260lm/W，但不需要二次配光，理论上更加节能；OLED有更加趋近于太阳光的连续光谱；OLED不需要冷却处理等等，见表1。

表1 OLED照明与LED照明比较[5]Table 1 Comparsion of OLED and LED

2 OLED照明现状

1987年Kodak公司的邓青云(Tang C W)首次研制出基于小分子荧光材料具有实用价值的OLED(Alq作为发光层)，而聚合物OLED(PLED)是1990年由英国剑桥大学的Friend与Burroughes等人用共轭聚合物PPV制造出来的[6]。

OLED光源作为照明产业的一次突破升级，被业界一致看好。目前很多照明产品、平板电视制造企业开始加大这一领域的投入，并开始把OLED光源作为高端产品进行大力推广。

2012年3月30日，在东京地铁自由丘站内已开始采用OLED照明。自由丘站安装的OLED照明灯为松下公司生产的，其发光效率为30lm/W，1枚8cm2OLED面板约为3万日元。从2011年4月开始销售OLED面板的KANEKA公司已向餐厅等场所推广OLED产品。飞利浦 Blackbody也推出了OLED照明灯。

2012年全球OLED照明产业规模接近0.5亿美元，主要面向住宅(见图2)。2013年是OLED照明发展的重要一年，OLED照明面板能效得到大幅提升，量产水平达到80lm/W，价格也在下降。

随着成本降低和发光效率提高，OLED照明产业市场竞争力快速增强，产业规模不断扩大，预计2016年达到25～30亿美元，2020年将达到60亿美元，主要面向医院和店铺[7],将占全球照明市场份额的5%(见图3)。

(数据来源：HIS Electronics&Media&DisplaySearch)

(数据来源：中国半导体照明联盟&高工LED&DisplaySearch)

3 OLED照明存在的问题

3.1 成本问题

由于用于制造OLED照明灯具可供选择的材料和设备供应商范围小[8]，产品技术成熟度不高，导致OLED照明产品生产成本居高不下，当前OLED照明应用中95%是被用于特色照明，如奢侈品灯具等。

目前200mm2的OLED面板发光效率已达到55lm/W，显色指数CRI超过85，符合能源之星标准的白光OLED照明面板。但以OLED照明现在的发光效率和生产成本，要达到LED当前的规模，至少还需5年的市场培育。目前OLED大范围应用的最大难题在于价格，成本是制约OLED照明市场推迟启动的最关键因素(见图4)。通过改善OLED照明的发光效率和成本，可以让OLED在照明领域的产品竞争力加速提升。

图4 OLED照明面板成本Fig.4 Cost of OLED lighting plane

国际多家TFT-LCD知名企业在投资了多条TFT-LCD生产线的同时，也进行OLED显示生产线的投资，并在高次代线进行了改造，同时都进行OLED照明事业推广，主要推出G2生产线，并在未来几年计划推出高次代OLED照明生产线。行业专家在OLED面板成本也作了预测：G2产线在饱和状态下，良率在85%时，每千流明的OLED照明面板成本在500美元；如果使用G5产线，每千流明的OLED照明面板成本可以控制在50美元(见图5)。按照当前OLED照明的技术开发速度，Displaybank推估，2020年左右100mm×100mm的OLED模组效率，将超过200lm/W，单位材料成本将减少至3美元以下。

图5 OLED面板成本现状与预测Fig.5 Present situation and forecast of OLED plane cost

3.2 技术问题

简单的OLED结构对整个工艺要求是比较严格的，现在几个问题还有待解决：

(1)材料性能。有机发光材料、荧光材料、磷光材料、混合材料等材料，效率不高，并且寿命仍有问题，需要满足4万小时寿命还需要提高材料性能。

(2)工艺技术。现在OLED面板量产最好的能效为80lm/W，实验室水平虽然已经达到150lm/W，但是都是小尺寸的面板。如果要满足OLED照明要求，面板尺寸要求越大，越能满足要求。但存在的问题是：尺寸大，能效不高，工艺条件不够，工艺技术有待提高。

(3)效率问题。现在主要以蒸镀技术为主，材料利用率很低，只能达到20%，成本很难控制，现在的Inkjet技术以及Coating技术都不够成熟，有待发展。

(4)良率问题。蒸镀技术、封装技术不够完善，产品容易出现亮度不均、异物、坏点，或者是封装不良、影响寿命等问题，降低整个的生产良率。

4 OLED照明发展展望

4.1 OLED光源向超薄方向发展

据市场研究机构调研，自2009年在国际照明展会展出了OLED照明产品，OLED照明产品开始进入人们的视线。国际知名照明厂家陆续推出OLED照明产品，如：日本的松下、三菱、柯尼卡美能达、Lumiotech等，韩国的LG化学和三星，中国的京东方、南京第一有机光电、维信诺和友达等。OLED照明产品将由室内豪华设计的艺术照明切入，进而向功能性照明发展。

针对OLED面光源、超薄型、高显色性的特点，一些OLED照明面板厂家推出了OLED高端化妆镜，主要面向高端、气质女性。该产品主要体现高端、奢华，在提供化妆镜辅助光功能的情况下，彰显奢华，希望以此打动客户。

4.2 OLED台灯产品

当前，护眼灯的基本工作原理就是把低频闪提高至高频闪，它使用了变频电子镇流器，加快闪烁速度，提高到每秒闪烁几千次甚至几万次，闪烁的速度超过了人眼的神经反应速度，因此在这种灯光下学习、办公，短时间内人们会觉得眼睛比较舒服。但高频闪不等于无频闪，护眼灯跟普通荧光灯相比确有一定的好处，但它不像广告中所说的那样无频闪，它所发出来的光仍然是不连续的，是一亮一灭的光，长时间在这种灯光下看书，眼睛同样会产生疲劳。

OLED台灯发出的光，接近太阳光的连续光谱，能达到护眼的效果，且光线柔和、光谱连续，成为适合人们使用的台灯。

4.3 OLED医院照明产品

现阶段，医院照明有待极大的改善，医院内的照明对于患者的心情有直接的影响。刺眼的照明严重影响患者的心态，眩光使人烦躁，不适合平静。需要提供柔和的、颜色适中的平面光源，达到照明效果的同时给大家一个舒适、平静的光环境。而适合这样环境的光源就是OLED。OLED面光源兼具光线柔和、色温可调这些优势，能提供一个医院舒适、平静的光环境，并且该光源无汞、绿色、环保，符合医院场所照明要求。

4.4 OLED博物馆照明产品

现在的文物照明有几点需要注意：(1)紫外线会使文物黄化，加速老化的速度；(2)使用白炽灯照明，色彩饱和度达不到效果。所以为了使文物保存更加久远，让参观人员看到文物的原样效果，照明方面须注意几点：无紫外，色彩饱和度高，照明均匀，并设计为古典形式。OLED光源符合博物馆照明的要求，可以保护文物。

4.5 OLED柔性产品

OLED照明产品采用聚合物材料作为基板，达到柔性效果，便于设计，将给照明带来全新感受(见图6)。

图6 柔性OLED照明面板Fig.6 Flexible OLED Plane

4.6 OLED镜子、透明产品[11]

OLED照明产品可以做成镜子功能产品、透明产品，在不通电情况下，具有镜子或者玻璃功能，通电时是照明光源，见图7、图8[9]。

图7 OLED透明功能Fig.7 OLED transparent function

图8 OLED镜子功能Fig.8 OLED mirror function

5 结束语

未来的照明产品，镜子就是光源，窗户就是一个光源，OLED照明将会揭开新的照明篇章。随着OLED照明技术的不断突破、节能效果的日益显现、产业规模的持续扩大和应用领域的不断拓展，我国OLED照明节能产业已经进入发展的关键期，需对行业进行有序引导，促进OLED照明节能产业的健康发展，推动绿色照明工程，实现节能减排。

致谢：感谢Display Search等提供的数据支持，感谢半导体照明联盟吴鸣鸣博士提供的支持与帮助，感谢邹悦协助提供的OLED照明技术资料。

[1] 国家发改委，科技部等.半导体照明产业规划，2013.

[2] http://www.china-led.net/info/2012117/2012117172712. shtml.

[3] 陈良吉.OLED材料的最新发展[J].工业材料，1989，167：114-119.

[4] 陈金鑫.白光OLED照明[M].上海：上海交通大学出版社，2011.

[5] http://www.lgchem.com/cn/green-energy/oled-lighting.

[6] 周芳.微透镜阵列薄膜在OLED中的应用研究[D].苏州：苏州大学，2012.

[7] 水清木华研究中心2012年全球及中国OLED行业研究报告[R].2012.

[8] 张志祥,洪乙文.2009FINETECH JAPAN、LIGHTING JAPAN看FPD与次世代照明发展趋势[EB/OL].材料世界网， 2009.

[9] GU G，BULOVIC V，BURROWS P E，et al. Transparent organic light emitting devices[J].A ppl.Phys.Lett.，1996,68(19) :2606-2608.

[10] 江柏风,覃禹华.OLED照明应用情境与市场趋势探索[R].新竹：工业技术研究院经济与趋势研究中心，2008.

[11] 马东阁.有机半导体及其在OLED照明中的应用[C].上海：2013年全国高分子学术论文薄伽会，2013.