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，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)和市場應(yīng)用。

　　據(jù)了解Philips、GE、Konica Minolta、Lumiotec、OSRAM等國際大公司預(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(yuǎn)沒有達(dá)到要求。

　　OLED高光效需解決材料和結(jié)構(gòu)問題

　　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(yuǎn)沒有達(dá)到要求。

　　從材料的角度來說，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)沒有問題，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)角度來說，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)雜的工藝過程可能會(huì)影響它在未來OLED照明器件的成品率和生產(chǎn)成本問題，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)電壓變化的問題完全可以通過器件結(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)過程中簡化工藝，但不盡如人意的效率和穩(wěn)定性問題也使這種結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中無法得到應(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)，它是通過電荷產(chǎn)生層將多個(gè)發(fā)光單元串聯(lián)起來的一種器件結(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)用中非常具有競爭力，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，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)雜性造成的成本問題以及大面積化問題。

　　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器件在使用過程中光衰減的調(diào)控方法對改善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(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，也簡化了電源的設(shè)計(jì)。

圖3 OLED照明板的串聯(lián)結(jié)構(gòu)

　　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(chǎn)生校正信號，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(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)格無法降低，這反過來又影響了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