日韩欧美大厂竞逐OLED照明 2015年起飞

　　OLED具有驱动电压低和省电效率高的优点，加上反应快、重量轻、厚度薄和构造简单，使其成为欧美和日系大厂积极投入的次世代新光源。然而，目前仍有效率、寿命和效率等问题亟须改善，未来效率一旦提升，价格下滑到市场甜蜜点，将有机会取代目前的主照明产品。

　　继发光二极体(LED)照明后，具备节能减碳优势的有机发光二极体(OLED)照明，也成为欧美及日系照明大厂及LED业者积极投入研究发展的次世代新光源。

　　OLED不含汞及紫外线，无LED的「高热」问题，而且不需玻璃管、变压器、反射板等萤光灯必备零件，所产生的废弃物相对少，所以不论是美国能源局提供的数据，或投入研发多年已开始量产的业者咸普遍认为，2015年OLED照明会与LED出现交*点，开始切入普通照明市场，并将以主照明为战场。

　　OLED照明后势俏欧日大厂竞逐商机

　　OLED最早系由邓青云(Dr. Ching Wan Tang)于1975年加入柯达Rochester实验室时，从事研究工作意外所发现，1987年同属柯达的汪根样及另一位同事Steve Van Slyke成功使用类似半导体PN结的双层有机结构第一次做出低电压、高效率的光发射器。

　　1990年英国剑桥实验室，也研制出高分子有机发光元件，2年后剑桥成立的显示技术公司CDT(Cambridge Display Technology)，使OLED研究迈向一个全新发展方向。

　　OLED可简单分为小分子聚合物OLED和高分子聚合物PLED(Polymer Light-Emitting Diodes)两种类型，目前均已开发出产品​​。相对于OLED，PLED主要优势为制程较简单且可做成大面积，但碍于产品寿命问题，目前市面上产品尚以OLED为主要应用，而PLED为主的照明应用则是有不少国际照明业者及欧美政府相继投入研究开发当中。

　　OLED的正极是由薄而透明且具半导体特性的铟锡氧化物(ITO)构成，而阴极则由低功函数的金属(如银)构成;整个结构层则由阴极(LUMO)、电子传输层(ETL)、发光层(EL)、电洞输运层(HTL)和阳极(HOMO)所组成，如图1所示。

　　图1 OLED基本结构图资料来源：OSRAM

　　OLED工作原理为加入一外加偏压，使电子电洞分别经过电洞传输层(Hole Transport Layer)与电子传输层(Electron Transport Layer)后，进入一具有发光特性的有机物质，在其内发生再结合时，形成「激发光子」后，再将能量释放出来而回到基态，而这些释放出来的能量当中，通常由于发光材料的选择及电子自旋的特性(Spin State Characteristics)，从单重态到基态中只有25%能量可用来当作OLED的发光，其余75​​%以磷光或热的形式回归到基态。由于所选择的发光材料能阶的差异，可使这25%能量以不同颜色的光释放出来，而形成OLED的发光现象。

　　由于OLED为自发光，可视度(179度)和亮度均高，其次是驱动电压低且省电效率高，且反应快、重量轻、厚度薄、构造简单和成本低，再加上OLED为面光源，因此包括欧美系国际照明大厂飞利浦(Philips)、欧司朗(Osram)、奇异(GE)和Novaled，以及日系业者Lumiotec、Konica Minolta和Panasonic出光OLED照明公司都积极投入产品研发，并陆续于近年内开始对外展示自家照明产品。

　　发光材料添助力OLED照明效率提升

　　以光源发展的演进历程来看，如图2所示，OLED照明也被认定为继LED照明后，最具潜力的接棒者。OLED除具有软性基板照明的特性外，由于OLED可做成较大面积的面光源，所以自有其优势存在。

　　图2 照明光源演进历史及未来发展预测图资料来源：Navigant Consulting

　　在OLED照明发展中，最受瞩目还是发光材料的发展，用于OLED的有机材料有高分子与低分子两类。

　　目前市场以低分子系列材料为主，而在发光材料中，则又可区分为萤光材料及磷光材料两大类;萤光为单重激发态(Singlet State)的发光方式，磷光则是三重激发态(Triplet State)的发光方式，理论上若萤光加上磷光，可达100%发光效率。

　　目前已量产化的OLED照明元件，虽以萤光为主，但碍于发光效率较低，厂商早已积极投入开发磷光材料，以期提高发光效率。现阶段红光及绿光材料皆能进入实用化阶段，而最晚开发的蓝光，目前仍有短寿命问题存在。

　　由于白光OLED的取得，须透过不同颜色混光而成，因此实用化产品中，OLED元件结构设计，除单采用萤光料材外，亦有采用结合萤光与磷光材料的方式以达到最佳化的白光发光效率。

　　2012年初日本Lighting Japan LED/OLED研讨会中，Panasonic便发表一项采用日厂出光兴业开发的新型蓝光萤光材料，搭配红、绿磷光组合成2-unit结构的产品，由于采用日厂Tazmo的Slit Coated湿式涂布制程，白光OLED照明效率可达56lm/W，演色性为91，半衰寿命期限为十五万个小时。

　　另一项采用全磷光的产品，透过导入高折射率光取出层材料，白光OLED可达128lm/W高效率，不过产品信赖性仍不高。

　　另外，近年来OLED照明相关厂商，亦陆续对外发表各自在次世代照明的成果。以表1揭露的资料来看，目前以采用全磷光的Panasonic在效率表现最佳，已到128lm/W。

　　开始商品化的OLED显示器，把诉求重点放在辉度，以及如何在特定角度中呈现最佳的光色，但是OLED照明必须考量到全光束，且于可见光的波长中提高发光效率，意即提升光萃取率。

　　然而，目前可应用于OLED显示器的提升光萃取率的方法，并不适用于现在的OLED照明中，因此，如何提升光萃取率已经成为目前OLED业者须要积极解决的方向之一。

　　毋须借灯具导光OLED照明效率不打折

　　不同于LED的点光源及萤光灯的线光源，OLED先天就是面光源(也可做成线或点光源)，不须其他灯具的辅助;不像LED光源或者是萤光灯，必须与灯具结合，否则无法单独使用。

　　OLED本身就是面光源，因此不须其他灯具导光，就可避免前面提及灯源搭配灯具产生的整体效率影响，而成为OLED未来在市场上具有卖点的优势。

　　但灯具搭配LED光源或萤光灯之后的整体效率，会受灯具设计以及导光机制而影响。

　　从图3及图4显示资料来看，OLED照明的总效率相较于LED照明总效率，一样100%光源，但前者效率仅受驱动电路设计影响，而后者则不然。

　　图3 OLED照明整体效率

　　图4 LED照明(侧边入光方式)整体效率

　　LED光源应用中，元件效率会因为温度提升而产生的散热、老化或是寿命问题，影响照明的品质，但OLED能量转换不完全的热能，较易散发出来，因此不用担心上述LED光源会发生的现象。

　　以目前各项光源特性作比较，如表2所示，OLED在效率方面虽已逐渐追上白炽灯水准，但与萤光灯和LED灯相较，仍有很大进步空间。

　　OLED照明初期，仅能以利基照明应用为主，像是部分业者已开发出来的装饰照明，不过挟OLED照明灯具总合效率高，且大面积特性，未来效率一旦提升，价格下滑到具市场竞争力时，将会以取代目前主照明，如办公室天花板的萤光灯、层板灯或者是格栅灯等产品。

编辑：李杰