OLED照明技术研究进展综述

项兴焜

（海南热带海洋学院海洋科学技术学院，海南三亚，572022）

0 引言

近年来，OLED技术作为新型显示技术，被广泛应用于手机、电脑等屏幕显示。同时，它在照明领域也有不错的发展前景，是次世代最有前途的显示和照明产品之一。

为了向OLED照明技术研究工作者更好地提供参考，文章主要对目前已展开的OLED照明技术研究进展进行综迷。首先介绍了OLED技术原理结构，然后进一步介绍OLED照明技术国内外发展现状，简要了解目前OLED照明技术研究中存在的问题与难点，并对其未来发展进行展望，期望能为OLED照明技术研究发展贡献绵薄之力。

1 OLED结构原理

OLED又称为有机发光半导体，是一种电流型的有机发光器件。OLED的结构根据发光颜色可分为单层结构、双层结构、三层结构和多层结构。从驱动方式上分类，可分为有源驱动和无源驱动。而从材料上看，可分类为小分子基和高分子基。其结构主要由阴极、阳极、基板、电子注入层、电子传输层、发光层空穴传输层、空穴注入层、电子阻挡层及空穴阻挡层构成。当外加驱动电压驱动时，来自阳极的空穴和阴极的电子会向中间的发光层注入，电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层传输到发光层处，电子和空穴相遇后会产生能量激子，能量激子会将发光层中的有机分子活化，使得有机分子最外层的电子发生跃迁，在跃迁的过程中会有能量以光的形式被释放出来，使得 OLED产生可见光。发射的颜色取决于发射层有机材料的选择[1]。要实现白光OLED的方法主要有两种方法：用蓝光和橙光两种补偿光或红、绿、蓝三基色光通过掺杂或多层的方式实现白光；或是用发蓝光的OLED激发橙色、红色荧光或磷光粉实现白光。前者称为颜色混合法，后者称为波长转换法（下转换法）。

2 OLED照明技术发展与现状

随着人们对节能高效的照明产品的需求不断增长，目前许多国家都已进行了OLED照明技术的相关研究，其中德国欧司朗公司早在 2007年7月开始研究OLED在照明上的应用[2]。我国于1991年开始研究OLED材料，在全球范围内起步较晚。本节主要对目前国内外OLED照明技术发展与现状简要概述。

2.1 国外研究现状

近几年，美欧日韩的OLED照明技术迅速发展，众多企业在OLED照明行业处于顶尖行列。例如美国的通用电子公司早在2008年就成功制作了出了OLED照明产品。美国的环宇显示技术公司拥有磷光材料的核心技术和专利，并且很开发出了全磷光白色OLED照明设备。

在亚洲，日本的OLED照明设备厂商早在 2011年就开展了OLED照明技术的研究及OLED照明灯具的制造。日本东芝公司在2013年就推出了一款可拆卸组合的OLED照明灯具，这款灯具能够无线供电，每个OLED灯可从无线供电基座上拆卸并且可以随意组合，摆出各种图案。2013年年初，松下电器公司开发了居家办公用的OLED照明面板产品。2018年Konica Minolta先锋OLED推出了车用OLED照明系统。此外，韩国的SAMSUNG公司在OLED领域中一直占领先地位。此外，LG公司于2019年同韩国首尔大学合作，为大学新建的图书馆安装了OLED照明产品，并为韩国冠廷图书馆提供、安装了1100片照明面板，这是目前全球规模最大的OLED照明安装工程。

欧洲PHILIPS公司早在1991年，就已开始了OLED技术的相关研究，并在2004年开展OLED照明技术上的研究。2010年，PHILIPS公司推出了全球第一个有电源直接供电的OLED照明模块。2011年，PHILIPS与Konica Minolta推出了共同研发的白色OLED照明面板，该面板在当时的白色OLED照明产品中属于全球最高水平。而德国欧司朗公司早在2007年开始研究OLED在照明上的应用。经过十几年时间的发展，欧司朗公司成了车载OLED照明领域的行业巨头。

2.2 国内研究现状

清华大学从1996年就开展了OLED材料、器件的研究，并于 2001年同OLED技术公司及相关企业合作，一同成立了维信诺科技公司，从事OLED设备的生产及研发。2002年，维信诺科技公司建成了中国大陆第一条OLED生产线，并于次年攻克了OLED生产工艺的关键技术，实现了OLED模块从研发走向生产与销售的目标。在AMOLED方面，维信诺科技公司与昆山工研院合作，并于2010年5月建成了AMOLED试生产线，实现了大尺寸AMOLED规模化生产。2012年，周卓辉团队第一个采用OLED模拟蜡烛光获得光源。利用OLED获取的烛光，仅用电力供电，节能能力是蜡烛的300倍。2010年，由苏州大学和张家港彩虹平板显示有限公司共同建设的江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室成功研制出11cm×11cm的大尺寸OLED照明面板[5]。

3 OLED照明技术面临的问题与挑战

OLED照明技术近年来得到了极大的发展，在多个领域中得到了广泛应用。但OLED照明产品在技术、成本、寿命等方面仍面临着一些问题与挑战。

3.1 技术问题

应用对OLED照明设备的基本要求是高功率效率、高亮度下长寿命和低生产成本。此外，恶劣环境条件下OLED面板的可靠性也是室内外应用的关键参数。根据产品应用要求，OLED照明面板应该能够在恶劣的环境条件下运行，没有任何故障和光通量下降，且具有足够的寿命。尽管OLED器件具，但与照明面板相关的各种问题。虽然目前已有实验在极端条件下制造出了发光效率150Im/W以上的OLED照明器件，但是OLED照明要通常情况下的发光效率只有60～80Im/W，无法达到像荧光灯那样的应用水平求。此外，在材料方面，若要达到像荧光灯那样的应用水平，需要采用发光效率达100%的磷光材料。目前除了红光磷光材料和绿光磷光材料能够达到100%发光效率，蓝光磷光材料依然无法达到高效率、高稳定性要求，这也是目前OLED照明设备面临的技术难题。

3.2 制造成本

OLED产品的成本受技术和制造工艺的影响，目前制作白光OLED器件最常用的结构是多发光层结构。目前传统方法生产的OLED照明面板价格相对非常高，并且在降低 OLED照明制造成本的同时，还需要提高设备功效才能大规模采用。Mitsubishi Chemical Corporation-Pioneer Corporation曾开发了一种颜色可调和可调光的OLED照明面板，使用Mits湿涂层工艺生产，成本不到常规生产方法制造的OLED成本的三分之一[3]。制造商将产品投入大众市场的障碍主要是OLED照明面板的高制造成本。尽管OLED照明的效率和寿命自2013年以来均有所提高，但高成本和制造挑战仍然存在。因此，研究、开发出低成本、高性能规格的OLED照明技术仍是当前的重要任务。

3.3 柔性OLED面临的问题

柔性、可弯曲OLED设备的开发也面临着制造工艺和材料技术等许多技术挑战。柔性和可弯曲OLED照明面板的性能和制造相关挑战列为产品属性、寿命、可靠性、功效、均匀性、厚度、重量、弯曲半径、灵活性，机械和电气连接和支撑等。此外，柔性OLED设备目前面临复杂的制造挑战，例如较低的成品率和较长的制造时间导致生产成本较高。使用低成本设备的积极的制造成本降低策略是可取的。采用丝网印刷和喷墨印刷等低成本制造工艺可能会解决柔性OLED的一些制造问题。此外，覆盖窗一般采用钢化曲面玻璃，要保证其强度、厚度、透光率和柔韧性也是技术挑战[4]。

4 OLED照明技术展望

4.1 柔性OLED在汽车领域的应用

近年来，随着OLED照明技术的发展，薄型柔性OLED透明显示器已经可以集成到车辆的挡风玻璃中，为驾驶员提供更好的驾车服务及驾车体验。欧盟也开展了Horizon 2020研究计划，合作伙伴包括AMIRES公司、NSG集团、芬兰 VTT 技术研究中心等OLED技术厂商。此外，欧司朗公司开发了由奥迪设计的柔性OLED尾灯，HARMAN-Samsung 正在为汽车行业开发先进的柔性透明OLED显示器[5]。OLED显示器和照明系统在汽车领域得到了广泛的应用，如仪表板显示器（仪表盘、导航和媒体）、内部照明、外部照明、数字后视镜等。在不久的将来，OLED汽车市场有望取得更多有希望的发展。

4.2 物联网互联照明系统

OLED照明技术具有数字化的优势，与现代电子设备、传感器和控制系统兼容，可以充当物联网（IoT）的平台。OLED照明技术同低成本传感器、智能手机和应用程序以及物联网的融合，有望实现新的照明系统功能。在照明领域，“物”包括物理设备（如智能灯具和传感器）以及基础设施元素（如网关）。引入物联网作为互联照明系统的支柱，可以实现设备（“事物”）之间的无缝通信、上下文服务和数据共享。连接到网络的照明系统可以从任何集中式系统或云监控和控制。在办公室、商业场所和工业中使用智能照明可以将能源成本降低约90%，有助于更好地利用和维护建筑空间。纽约州伦斯勒理工学院照明研究中心正在开展由纽约州能源研究与发展局赞助的LED照明与灯具集成和网络连接照明控制项目。

物联网的兴起无疑将技术推向了一个新的高度。这些都为OLED照明行业带来了连接未来技术的机会。互联照明绝对是未来OLED照明技术发展的一个重要方向。总之，在物联网技术的帮助下，OLED照明技术通过融合物联网技术，为行业带来根本性的变化。

5 结论

OLED照明设备的普及率远不及LED的根本原因是其高昂的成本。导致其成本高昂的原因在于目前OLED照明器件的制造工艺还达不到要求及关键材料的合成十分复杂。生产技术的不成熟，导致OLED照明器件的成品率很低。较低的成品率与关键材料合成的复杂又使得OLED照明器件的成本无法降低，形成了一种恶性循环。因此，若要降低生产成本，提高OLED照明设备的普及率，必须要开发出高性能、高自动化、高可靠性、低价格的生产设备及封装技术，优化、完善生产工艺流程，做好原材料的开发、生产装备的研发、产品的研制等生产工作。虽然目前OLED照明行业尚处于初期，但OLED技术在显示领域的飞速发展也带动了其在照明领域的发展。可以预计，未来OLED照明设备会处于照明市场的主导地位。