照明用白光OLED技术的现状与挑战[4]

　　3.2 OLED 遇到的挑战及问题

　　要使OLED 发光器件真正进入市场还存在多方面的挑战，主要包括效率的提高、寿命与封装技术、大面积使用问题、成本费用及人眼的舒适度等等。

　　3.2.1 效率提高

　　最近报道的OLED 功率效率基本上为30~40lm/W，虽然也有超过60 lm/W 的效率报道，但距照明的需求仍有很大的距离。OLED 的效率主要是由所用的有机发光材料的效率、电子空穴注入和传输平衡、激子产生效率、光输出耦合效率等因素决定。

　　另外，由于受到吸收、损耗、界面散射和反射等的影响，OLED 发光层内的光并不能全部发射到器件外部，典型的OLED 约有80%的光被限制在器件中，因此如何将器件中发射的光重新导出，也就成为提高白光OLED 的关键。

　　目前提高光提取率的方法主要有微透镜、涂布微球粒、光子晶体、光栅或波纹结构、微腔以及增透耦合膜等。而由于OLED 和LED 的相似性，可以尝试一些用于解决LED 光提取率的方法，例如：

　　(1) 基于粉浆法提高电致发光器件的提取效率(在出光层表面)，基于水溶性感光胶的荧光粉涂层技术，利用粉浆法，在蓝光LED 芯片的表面获得了荧光粉平面涂层。还可在蓝光LED 表面上得到粉层后，再涂覆硅胶层，由于硅胶的折射率与粉层的更接近，不但使出光色调偏向蓝光区域，而且有更多光子出射，光通量与未加硅胶层相比大约提高一倍;

　　(2) 改善红光LED 提取效率的创新技术。通过加入分布式布拉格反射器于电致发光器件中，用来降低光源在基板上的吸收，但是反射光源在倾斜入射角度的效率相对低，这是因为明显的光学损失所造成的;

　　(3) 利用全息技术，在相应的衬底上制作二维光子晶体以提高有机发光二极管外量子效率。衬底上的二维光子晶体结构可采用激光全息技术和感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术制作，然后可采用一定的气相沉积技术在相应的衬底上进行其它操作，制成电致发光器件;

　　(4) 柱状与孔状图形衬底对电致发光器件的影响。图形衬底技术为通过在衬底表面制作具有细微结构的图形，然后再在这种图形化的衬底表面进行电致发光材料外延。图形化的界面改变了发光材料的生长过程，能抑制缺陷向外延表面的延伸，提高器件内量子效率。同时，粗糙化的有机材料/ 衬底界面能散射从有源区发射的光子，使得原本全反射的光子有机会出射到器件外部，从而能有效提高光提取效率。

　　3.2.2 寿命与封装技术

　　对小型显示器件而言，OLED 的寿命(在100cd/m2 条件下大于5,000 小时)是足够的，但用于照明，这是远远不够的，必须在目前的基础上提高20~50 倍，即寿命至少要在1,000cd/m2 亮度下超过20,000 小时。

　　根据之前分析的影响寿命的因素，提高器件寿命可从以下方面加以考虑：

　　(1) 提高器件的发光效率。OLED 工作时，激子退激存在辐射、非辐射两种复合方式，辐射复合产生光，而非辐射复合产生热，使器件发热升温、有机材料老化、小分子晶化，导致OLED 的寿命降低。因此，提高器件的发光效率，降低热的产生，减少热对有机薄膜结构和性能的影响是延长其寿命的重要手段;

　　(2) 减少器件的老化。尽量避免短路现象的发生，此现象的发生主要是因为有机薄膜不均匀致密，从而有贯穿有机层的微型导电通路形成。因此，制备高质量的有机薄膜是解决此问题的关键，消除杂质的影响，使有机材料通过升华等方法达到高纯或超高纯的目的。

　　要延长器件的寿命，封装技术的研究与开发更显得尤为紧迫和重要。如图10 所示，下面就几种封装方法的优缺点进行讨论。

　　(1) 物理法封装技术。OLED 封装的一个简单方法就是将金属背电极包埋在一层厚的金属涂层中，这种方法加工简便、价格低廉。但在金属蒸镀过程中不可避免地会有针孔缺陷形成，这一缺陷是目前已有技术很难克服的。由于针孔为氧气和水分的侵入提供了足够的空间，所以这种方法对于延长OLED的使用寿命并不是十分有效的方法;

　　(2) 化学法封装技术。利用气相沉积聚合法对OLED 器件进行封装，具体运用何种气相沉积技术以及何种材料进行封装需视情况而定;

　　(3) 复合封装法。复合封装法也就是所谓的多层包覆密封，它弥补了靠单一无机物或有机物封装带来的缺陷，被认为是最具发展前景的一类封装方法。

　　3.2.3 大面积使用问题

　　OLED 的大面积制作问题是其进入照明市场的一大难题。有机发光二极管是电流驱动装置，而且它的超薄有源层是极为敏感的，容易因缺陷造成短路。制作大面积OLED 照明面板有如下几个问题：

　　(1) OLED 是在低电压、大电流下工作，而OLED 中采用的ITO 透明电极的导电性能较差，不具备对较大面积区域传输大电流的能力，大电流将在电流传输路径上形成较大的电压降，这将导致OLED 面板发光不均匀;

　　(2) OLED 中薄膜总体厚度只有数百纳米，器件制作过程中异常引入的导电性粒子，以及薄膜粗糙度较大都将造成OLED 阴极和阳极之间短路，这使得大部分电流流经该短路区域，其它发光区域只有部分小电流通过，造成发光区域发光亮度大大降低;

　　(3) 温度也是主要的限制因素之一，大面积使用导致温度亮度不均匀，易使器件损坏。针对上述问题，Anil R. Duggal [1]、J. J. Shiang[7]开发了一种新的结构，如图11 所示，显示出良好的器件性能。将一块大的OLED 照明板分割成小的面板，然后通过一定工艺将它们串联起来，这样既可降低整个照明板的工作电流，又可避免短路区域对整个照明面板造成毁灭性影响。同样还有报道利用p- i- n 型结构、ZAO 膜为阳极的类似结构经过优化之后， 在3.0V 的工作电压下， 亮度可达到100cd/m2，在5.1V 的工作电压下，亮度可达到1,000cd/m2，色座标也很理想，为(0.37，0.37)。其发光面积为120mm×120mm，这种用ZAO 做阳极的器件所发出的白光更舒适。