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OLED照明技术现状及未来挑战分析

北极星电力网新闻中心  来源:中国OLED网    2012/9/19 17:59:44  我要投稿  
所属频道: 节能环保   关键词: 能源 OLED 节能灯

北极星节能环保网讯:有机发光二级管(OLED)是一种夹心型电子器件,即在两个电极间夹有多个有机薄膜层。OLED作为一种平面型光源,由于发出的光质非常接近自然光、无毒环保、可采用传统半导体蒸镀工艺加工并能够制备在柔性衬底上,普遍认为其在通用照明领域会有重要的应用。近期虽然有OLED照明产品上市,但是其昂贵的价格极大地阻碍了自身的发展。当前无机LED的照明价格为7-10 $/kilo-lumen,市场上节能灯的照明价格约为22 ¥/kilo-lumen,而OLED照明灯具,美国能源部希望其照明价格能在2020年降到20-25 $/kilo-lumen,因此,对现有OLED技术和材料的升级已显得迫在眉睫。接下来谈一下在这方面的看法和建议。

灯具的照明价格是决定其能否市场化的关键因素。OLED照明价格可由如下公式表述:

 式中分子为每平方米面板的生产成本,分母为每平方米面板在额定电压下提供的光通量(或明亮度)。我们知道,生产成本取决于量产规模,这也是业内很多人士寄OLED照明产业化希望之所在,但是任何产品的大规模量产必须有一个前提,即生产出来的产品必须具有实用性,因此,OLED照明首先要解决的问题应该是公式1中的分母,即显著提高OLED灯具的光出射度(或光通量、明亮度)。OLED的光出射度可由如下公式表述:

功率效率目前是大家非常关注的一个指标,单点白光OLED的功率效率能够稳定达到80 lm/W左右,但是在未来量产15厘米乘15厘米或更大尺寸的OLED照明面板时,功率效率能够保持在30-40 lm/W就已经是非常不错的,短时间内很难会有大幅度的提高,因此,通过提高OLED照明面板的功率来提高OLED灯具的光出射度是一个非常现实可行的有效办法,这同时也可以大幅度降低OLED的照明价格(见公式1)。提高OLED的功率实际上就是我们熟知的大电流和低电压性能(在这一点上和无机LED是一致的,现在无机LED强调的就是大功率芯片制备技术),PIN OLED结构是这方面的代表性技术。

德国Novaled公司是PIN OLED结构的所有者,围绕这个器件结构,他们开发出很多p型和n型掺杂材料体系,极大地促进了OLED照明技术的发展,应该说PIN OLED结构是最有希望实现OLED照明产业化的技术体系,但是当前PIN OLED结构上的设计仍旧存在着进一步提升的空间,可以从OLED材料发展的历史来谈这个问题。从1987年到2000年,OLED中基本不使用电掺杂材料,主要的材料研发围绕如何获得高水平的发光层结构,这个时期涌现出一批经典的空穴传输材料(如NPB、CBP、TCTA、m-MTDATA等)和电子传输材料(如Alq3、BCP、Bphen、TPBI等)。在上世纪90年代后期,参照无机LED结构,人们开始OLED中使用并研发电掺杂材料,借以降低OLED的工作电压,但是这是围绕当时已经成型的发光层材料展开设计的,所以,目前我们所见到的p型掺杂材料和n型掺杂材料的最好电导率均在10-5 S/cm左右。可以想见,如果想提高当前PIN OLED的性能,就必须进一步降低电子和空穴传输过程中的欧姆损耗,所以就必须使用更高电导率的有机电掺杂材料,这也应该成为当前OLED照明技术发展的主流方向,应集中力量给予突破。在OLED中使用高电导率的有机电掺杂材料的另一个优点是可以有效增加OLED的厚度,这能够极大提高OLED的工作稳定性(参照无机LED结构即可理解这一点)。

OLED是一种令人神往的照明技术,不但能够创造重大的商业价值,而且还能够极大地改善人们的家居环境。正确认识当前OLED技术中存在的问题,合理选择投资方向,对加快OLED照明的产业化进程具有十分重要的意义。器件结构突破、到关键材料突破、再到量产,这应该是OLED照明发展的主题思路,功率效率技术和功率技术的协同发展必须始终贯穿其中。(注:近期发展起来的双n型掺杂层结构和双p型掺杂层结构使在OLED中使用更高电导率的有机电掺杂材料成为可能,能够在最大限度上降低电子和空穴传输过程中的欧姆损耗)

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