OLED照明技术现状及市场发展趋势
机遇与挑战
- 昭和电工借助新结构磷光OLED器件的发光效率提升了一个档次
- 在发光技术持续改善的趋势下，OLED可望在2011年进入商品化量产阶段
- 最近业界也陆续披露了OLED效能与亮度不断获得突破性进展
- OLED市场产值将从2007年度的5亿美元与2008年度的6亿美元，成长至2009年度的11亿美元
- OLED市值将在2011年度达到20亿美元，2012年度达到30亿美元，与2015年度达到55亿美元
日本昭和电工最近对外发布新闻稿宣布，该公司通过采用新的结构(新技术)已将OLED（有机EL）器件的光提取效率提升至约40%，达全球最高水平。新闻稿指出，借助新技术，该公司目前研发中的磷光OLED器件的发光效率已提升至30lm/W，预计后续该器件将可广泛应用于OLED照明等用途。新闻稿也指出，该公司也将和美国非营利研究机构SRI International及Itochu Plastics Inc展开进一步合作，携手改良上述器件的结构，并预计于2010年针对照明市场进行样品销售。另外，昭和电工也计划于2015年前将该器件发光效率提升至150lm/W、白色亮度减半寿命5万小时的水平。
据日经BP社报道，松下电工试制出了部分有机半导体采用印刷方法制作的有机EL照明面板。发光效率和色彩表现性均获得了较高的数值。这是在2009年2月18~20日举行的“可印刷电子技术2009（Printable Electronics 2009）”研讨会上该公司的演讲中获悉的。有机EL照明面板的发光效率为40lm/W，表示色彩表现性的指标--CRI（Color Rendering Index）的数值为95，外部量子效率为36.1%，初期亮度为1000cd/m2时的亮度减半期在2万小时以上。在制造工序中，称为空穴注入层的半导体采用一种名为“狭缝涂布（SlitCoating）方式”的印刷方法制成。“正好该层的材料在具有出色的性能的同时还适于进行涂布”（松下电工）。狭缝涂布方式是制造液晶面板的彩色滤光片时采用的技术。松下电工将与其合作开发有机EL照明技术的TAZMO公司所提供的装置加以改造，使之适于有机EL用途。“采用狭缝涂布方式时，膜厚为40~50nm.膜厚均一性为±5%，涂布速度达到100mm/s”（松下电工）。此次实现的40lm/W这一发光效率”与荧光灯的实际发光效率相当“（松下电工）。这是因为，虽然荧光灯发光部的发光效率达到80~100lm/W，但使用用于扩散光的灯罩以及低反射率的反射板会使实际的效率降至1/2以下。仅从发光效率来看，目前已有几家厂商实现了更高数值。比如，美国环宇显示技术（UDC）达到了102lm/W.不过，该公司面板的CRI值只有70.而松下电工不同，作为将有机EL用于照明时的条件，该公司一直很重视色彩表现性的出色程度。“色彩表现性低的话，草莓看上去就会象烂了一样”。
近日，日本金泽工业大学光电磁场应用研究所三上明义教授的研究小组试制出，采用绿色发光磷光材料的OLED元件，发光效率达210lm/W。这是通过使光提取效率（光提取效率是假设磷光材料的内部量子效率为100％计算出来的。与外部量子效率的数值相同。）超过原来的两倍、提高至56.9％而实现的。三上明义研究小组通过详细计算OLED元件中的光运动情况，找到实现高光提取效率的方法。针对OLED元件的厚数百nm以下的超薄半导体层以及密封层等膜厚数百μm～1mm的“厚膜层”中的光的运动情况，按照波长及偏振光进行了分析。分析发现，原来的OLED元件有50%-70%的光能量未从半导体层输出，而是以热量的形式被浪费掉。在此基础上，三上明义研究小组将厚膜层的折射率提高至2之后，再次对光运动进行计算，证实有2/3的光能量转移到了厚膜层。不过，这只是直接改变了光聚集的层，并无助于实现高光提取效率，向元件外部输出的光线比例仍比较低。三上明义研究小组在厚膜层的厚0.7mm、折射率为2.03的玻璃表面上形成了0.3mm间距的透镜阵列结构，由此将厚膜层中聚集的光高效提取到元件外部。在实际试制的OLED元件，并对其进行的检测表明，获得了56.9％的高光提取效率。三上明义表示，该元件理论上的光提取效率为75～80％。透镜阵列的改进余地也还很大。研究小组的目标是“实现无损失的光源”，除此次的厚膜层和透镜阵列之外，如果结合索尼开发的“微腔构造”等技术，便有望大幅接近这一目标。
据市场研究公司DisplaySearch预测，OLED市场产值将从2007年度的5亿美元与2008年度的6亿美元，成长至2009年度的11亿美元，2011年度的20亿美元，2012年度的30亿美元，与2015年度的55亿美元。
在发光技术持续改善的趋势下，产业研究机构认为，OLED可望在2011年进入商品化量产阶段。2011年OLED照明市场规模将快速增长至17.1亿美元，2020年有望上升至140亿美元。由于OLED照明普及关键在于低成本的制造技术，对于定位在中游面板模组制造的台湾OLED业者而言，具备大量生产能量，并且掌握生产良率技术，可算是已有入场门票。虽然台湾在相关领域缺乏照明品牌、自主材料、技术与专利等加持，但台湾OLED厂仍可在产业链中扮演代工Turn-key角色，藉由争取国际大厂代工OLED照明产品机会，提升本土技术与市场竞争力，台湾OLED厂若能与欧美OLED照明厂商策略联盟，取得专利授权、技术移转，并以具市场竞争力的价格为其代工生产出货，未来将可扩大全球OLED照明市场。从各厂商所规划的OLED照明发展蓝图来看，OLED照明市场可望在2011年出现突破性进展，包括Philips、GE、Konica Minolta、Lumiotec与OSRAM等将陆续量产。而国际大厂对OLED和LED等新光源应用的积极布局，更可在其专利交叉授权中预见端倪，预料将有助于OLED和LED照明的市场应用推展。
据市场调研公司DisplaySearch，2011年OLED照明市场将会腾飞，2013/2014年OLED照明营业收入将超过无源矩阵OLED显示器，在2018年以前达到60亿美元。数以亿计的美元已被投入到OLED照明领域，尤其是在欧洲、美国和日本。虽然OLED显示器投入量产已经10年左右了，但OLED照明只是刚刚开始试产和小批量生产。DisplaySearch的显示技术总监Jennifer Colegrove表示：“这是因为OLED显示器与OLED照明面临不同的挑战。”Colegrove还指出，OLED照明的创新性特点在激发设计人员的想像力。DisplaySearch认为，OLED照明产业中的早期和主要厂商将是飞利浦、通用电气(GE)、Konica Minolta、Lumiotec和Osram，这些厂商都将在2012年以前开始量产。预计最先开始批量销售相关产品的将是飞利浦，然后是通用电气和Konica Minolta。
尽管有机发光二极管(OLED)的材料发展进度看来相当良好，最近业界也陆续披露了有关效能与亮度不断获得突破性进展的新闻，然而，在柔性照明与显示设备领域中，仍有一个主要问题悬而未决：这类装置的寿命都太短了。市场分析公司IDTechEx总监SusannReuter指出，无论这些照明显示设备多么令人印象深刻，或是看起来有多优雅，消费者都不会愿意购买产品寿命过短的产品。导致产品寿命问题的主要在于发光材料本身，即其对水份和氧气的固有敏感性。Reuter表示，对有机太阳能光伏(organic photovoltaics，OPV)材料而言也是如此──尽管与结晶硅相比，这种新兴材料拥有潜在的低成本加工法等优势，但即使对一些不大要求长寿命的应用来说，它的寿命仍然不够长。而薄膜无机PV材料，如基于非晶硅、铜铟锭硒(CIGS)或碲化镉(CdTe)的材料则较不敏感，但同样的，当涉及柔性或可弯曲的产品设计时，若问及20年的产品保修，制造商通常无法响应。在OLED与OPV这两种应用情况中，玻璃可呈现出更好的性能，因为玻璃可提供良好的阻隔性能。但在柔性、或是基于聚合物的基板等应用中，情况则截然不同。在这类应用中，需要特殊的涂层和层压技术来保护敏感的有机材料。业界一直针对这个领域进行研发，如位于美国加州的Vitex Systems公司，Reuter指出，这家公司开发出带有结合了聚合物与薄氧化铝的特殊堆栈层的柔性基板。对OLED与OPV来说，来自业界不断进化的基础研究，正不断推动着这些新兴应用领域的进展。
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