OLED照明產業化的關鍵技術探討

雖然OLED照明產品還只處在初期階段，但目前OLED照明器件的亮度、效率和壽命在研發層面已經達到了相當高的水平，如美國柯達公司（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果。這些企業在OLED照明產業化規劃過程中，除了繼續提高白光OLED的效率和壽命外，已經把降低價格作為主攻研發方向，甚至還把上游的材料商和設備商規劃納入進來，目的在于形成完整的產業鏈，促進OLED照明產品的開發和市場應用。

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

圖1 OLED照明產品量產路線圖

　　OLED照明要在效率上達到熒光燈的應用水平，其功率效率至少要達到70lm/W，雖然目前約100lm/W的OLED照明器件已經有報道，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，顯然這遠沒有達到要求。

　　OLED高光效需解決材料和結構問題

　　OLED照明要在效率上達到熒光燈的應用水平，其功率效率至少要達到70lm/W，雖然目前約100lm/W的OLED照明器件已經有報道，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，顯然這遠沒有達到要求。

　　從材料的角度來說，要達到如此高的效率，必須采用發光效率可達100%的磷光材料，目前綠光和紅光磷光材料已經沒有問題，急待解決的是起重要作用的藍光磷光材料。現在非常缺乏高效率、高穩定性的藍光磷光發光材料，也是目前阻礙OLED照明器件效率提高的主要技術難點，因此開發實用化的高效率、高穩定性藍光磷光發光材料的量產技術已成為該領域的主要攻關方向。

　　從器件結構角度來說，有效的器件結構設計也是提高器件效率的關鍵，目前好的器件結構包括多發光層結構、單發光層結構、疊層結構和頂發射結構。多發光層結構是目前制備白光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成本問題，并且這種結構器件有時還存在光譜和色度坐標隨驅動電壓變化的缺點。然而，多發光層結構由于良好的器件性能，并且光譜和色度坐標隨驅動電壓變化的問題完全可以通過器件結構的設計得到解決，因此如果能夠在成品率上得到控制和提高的話，該結構還是不失為一種量產技術，Philips、UDC、Novaled公司目前使用的就是這種結構。

　　單發光結構雖然可以在一定程度上避免色純度隨驅動電壓的變化，也可能在生產過程中簡化工藝，但不盡如人意的效率和穩定性問題也使這種結構在實際應用中無法得到應用。

　　疊層結構具備了單發光層和多發光層結構的特點，它是通過電荷產生層將多個發光單元串聯起來的一種器件結構，疊層器件有非常好的光譜穩定性，并且高的發光效率、高的發光亮度和良好的穩定性等特點使疊層結構器件在實際應用中非常具有競爭力，如果能夠在疊層結構復雜的工藝方面得到進一步完善的話，疊層結構器件有望成為照明用白光OLED生產的主流技術。

　　頂發射結構由于其在有效發光面積和提高效率方面的優勢，也可能成為照明用白光OLED的一個重要技術發展方向，而且將其它結構和頂發射結構結合起來可以發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

　　除了材料和器件結構，還有一個提高白光OLED效率非常關鍵的技術，即光提取技術，這也是OLED照明器件要達到可應用功率效率時必須采用的技術。對于可應用的提取技術，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，研究者開發出了許多光提取技術，但真正能滿足應用要求的并不多，最主要的原因是工藝復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用的光提取技術包括在基板外表面制作由棱鏡或微透鏡組成的耦合薄膜、在透明電極外側引入散射層和高折射指數層等方法，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，結合高折射指數基板和微透鏡耦合結構，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開發成熟，基板供應商就可以批量地生產這種可有效提高OLED輸出效率的導電基板，滿足OLED照明應用的要求，而在達到這個目標之前，首先必須解決加工大面積基板的低成本制造技術。

　　通過光衰減調控提高OLED產品壽命

　　OLED照明應用要得到普及的話，還必須進一步提高它的壽命，初期的目標是達到熒光燈的水平，即20000小時，而未來目標是要達到50000小時，要達到這個目標，除了要在材料方面有大的突破和進一步改進器件結構和工藝外，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控方法對改善OLED照明器件在實際應用中的穩定性也尤為重要。

　　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域，金屬輔助線的區域一般控制在照明區域的10%~20%的范圍內，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構

　　最近Kodak公司開發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，把單個發光單元串聯在一起，這種方法在實際應用中非常實用，不但可以改善發光均勻性，也簡化了電源的設計。

圖3 OLED照明板的串聯結構

　　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生校正信號，保證光輸出恒定，即調光方法。在各種調光設計中，校正的可行性和準確性是設計實用與否的關鍵。目前只有Philips和Matsushita Electric公司開發出了這種電路應用在OLED照明裝置上進行光衰減調控。

　　控制成本的前提下提高成品率 推動量產

　　其實，目前OLED照明之所以還無法得到應用，最根本的原因在于它居高不下的成本，現在OLED的價格明顯高于傳統照明，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，由于生產設備的不成熟和缺乏可靠的量產環境中實現OLED的工藝流程，導致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的大批量生產的推廣。因此要解決OLED照明的量產技術瓶頸，首要任務是提高成品率，推動OLED的