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OLED白光技術正處在大規(guī)模應用的前夜

2011-05-23
關鍵詞: OLED 白光技術 照明

半導體照明是半導體技術在引發(fā)微電子技術革命之后,又引發(fā)的新一輪產(chǎn)業(yè)革命照明革命,其標志就是用半導體照明光源逐步替代傳統(tǒng)照明光源,如白熾燈和熒光燈。由于半導體照明技術巨大的節(jié)能效果及商機,包括我國在內的世界各國都紛紛制訂發(fā)展計劃,加緊對半導體照明技術科研和產(chǎn)業(yè)投入。

美國、歐盟、日本、韓國等國家不斷推出大型研發(fā)計劃,加大投資力度,一些國家(例如美國)已將固態(tài)照明提升到國家戰(zhàn)略的高度。固態(tài)照明目前有基于GaN半導體器件為主的LED技術及OLED兩條技術路線,基于GaN器件的LED白光技術已經(jīng)取得了商業(yè)上的巨大成功,但離全面取代熒光燈還有相當長的距離(美國的國家計劃是設定在2025年);OLED技術初期的發(fā)展是以顯示技術為主要方向,并已經(jīng)在移動通訊的小尺寸顯示屏上取得商業(yè)成功,但在白光照明的應用上目前還處于研發(fā)階段。由于OLED具有材料來源廣泛,有可能采用全印刷制備,價格可能極為低廉,其發(fā)光效率近年又大幅提高,使OLED在白光照明器件中應用的可能性越來越大。

過去十年間,白光OLED的性能取得了長足的進展,發(fā)光效率超過20lm/W,已經(jīng)超過傳統(tǒng)的白熾燈的發(fā)光效率(12~17lm/W)。近年的報道還表明,基于小分子材料的白光發(fā)光器件的效率甚至超過節(jié)能熒光燈的效率(40~70lm/W)。2004年GE Global Research成功研制出24英寸見方的白光照明用平板器件,其效率在亮度為1200cd/m2時達15lm/W;2006年美國普林斯頓大學Forrest團隊制備了一種新結構的白光器件,這種結構能夠控制器件中的單線態(tài)和三線態(tài)激子的傳輸,從而使器件中單線態(tài)和三線態(tài)摻雜客體和母體之間的能量轉移互相不受影響,極大限度地降低了能量損失,器件的最大效率達37lm/W,顯色指數(shù)(CRI)為85。2008年,日本山形大學Kido團隊通過在器件中引入同時具有高遷移率和高三線態(tài)能級的載流子輸運材料,使各個有機層的能級呈階梯狀的分布以有利于載流子的傳輸,制備了前向功率效率達到53lm/W(總功率效率可達到100lm/W)的全磷光白光器件。

2008年6月,美國Universal Display Corp.(UDC)在其網(wǎng)站上宣布,其有機小分子白光發(fā)光器件在1000cd/m2的亮度下,功率效率達到102lm/W,接近2006年3月日亞化學工業(yè)公布的白色無機LED發(fā)光效率的水平。2009年,德國Karl Leo研究團隊在Nature雜志發(fā)表文章,報道通過改進器件結構降低功耗,同時采用高折射率的玻璃基質來提高輸出耦合效率,獲得了超過熒光燈效率的白光發(fā)射器件,其最大的功率效率達到124lm/W(亮度1000cd/m2)。2010年,UDC借助于其開發(fā)的新天藍光磷光材料,制備了效率可達109lm/W(1000cd/m2),且在低亮度100cd/m2下更高達136lm/W,這是迄今為止報道的白光OLED的最高效率。

我國在白光OLED技術方面也取得很大的進展,比如長春應用化學研究所,清華大學等科研單位、院校在基于小分子材料的白光OLED方面,取得了接近或者超過熒光燈功率效率的進展;華南理工大學主要采用溶液加工法來制備高分子基的OLED照明器件,目前也取得了40lm/W(總功率可達50lm/W),處于國際同類器件的最好水平之一。

由此可見,OLED白光技術目前正處在大規(guī)模應用的前夜,產(chǎn)業(yè)化在全球范圍均處于起步階段。目前全球加入基于白光有機發(fā)光器件研發(fā)的廠商合計有100家以上,如三星SDI、LGD等廠商;材料開發(fā)商有柯達、劍橋顯示技術公司、杜邦顯示等;設備制造商有日本真空等。蘋果、諾基亞、索尼愛立信、IBM、佳能等廠商已經(jīng)推出一些白光OLED產(chǎn)品。

照明產(chǎn)品方面,2008年3月Osram公司率先制造出第一款OLED照明產(chǎn)品“Orbeos”,這款產(chǎn)品尺寸為100cm2的OLED照明燈具,顯色度指數(shù)(CRI)為80,色溫2800K,功率效率近50lm/W,亮度在1000cd/m2下能夠連續(xù)使用5000小時以上,開創(chuàng)了白光OLED照明產(chǎn)業(yè)的先河。2009年開始,飛利浦、歐司朗、日本的Lumiotec、北京維信諾等都在市場上相繼推出了OLED照明屏產(chǎn)品,市場上也有一些廠商推出了OLED應用燈具產(chǎn)品。但目前這些產(chǎn)品都還屬于試銷性質,價格相對較昂貴。

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