OLED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用

一、OLED的定義

雖然LED已成為照明業(yè)者主要發(fā)展的技術(shù)，但是另一個(gè)照明新技術(shù)OLED漸露頭角。OLED原先在顯示器領(lǐng)域，無(wú)論在小尺寸可攜式產(chǎn)品應(yīng)用，或大尺寸TV顯示器，已對(duì)于目前主流LCD顯示器形成不小威脅。如今照明廠商進(jìn)一步發(fā)揮OLED透明、輕薄、可撓等特性，開(kāi)發(fā)出多樣化OLED新興照明應(yīng)用，OLED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用將徹底顛覆照明在建筑傳統(tǒng)意義上的概念，出現(xiàn)真正意義上的BIL（Building-Integrated-Lighting），十分類似太陽(yáng)能中BIPV的概念。LED和OLED發(fā)光原理很接近，都是利用電子空穴在發(fā)光區(qū)再結(jié)合時(shí)，使得電子釋出能量，此能量會(huì)以光子的形式被釋出，也就會(huì)產(chǎn)生光。但是，兩者結(jié)構(gòu)卻相差很多，LED的結(jié)構(gòu)大家很熟悉，就不說(shuō)了。OLED由電子傳輸層〈Electron Transport Layer, ETL〉、空穴傳輸層〈Hole Transport Layer, HTL〉和發(fā)光材料層〈Emitting Material Layer, EML〉構(gòu)成，OLED 雖然跟 LED 只差一個(gè)英文字，但是它的結(jié)構(gòu)比較像 LCD ，兩側(cè)有玻璃基板，中間有發(fā)光材料，而且發(fā)光材料是有機(jī)材質(zhì)而非半導(dǎo)體，而OLED的電極至少有一邊必須是可以透光。OLED的技術(shù)依其所使用的有機(jī)薄膜材料的不同，可分為小分子OLED被稱為 SMOLED、高分子LED則被稱為 Polymer OLED。

二、OLED在照明應(yīng)用中的特點(diǎn)

OLED照明產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)不勝枚舉，不但具備可彎曲、柔軟等特性，在薄如糖果紙的OLED照明上任意打洞，也無(wú)損其維持正常發(fā)亮，甚至可以任意裁切。OLED應(yīng)用在照明上具有輕、薄、光源分布均勻、可撓、多彩等優(yōu)勢(shì)，打破傳統(tǒng)照明及LED照明體積大、僵硬、厚重(當(dāng)LED加上散熱模塊時(shí))等印象，也因OLED具上述獨(dú)有的特性，故能開(kāi)拓其它照明技術(shù)尚未能進(jìn)入的應(yīng)用。LED對(duì)于普通用戶來(lái)說(shuō)，制造成本相當(dāng)高，相應(yīng)地LED燈具也相當(dāng)昂貴。OLED照明設(shè)備解決了 LED 燈具成本的主要問(wèn)題。同時(shí)，德國(guó)Frauhofe的科學(xué)家已經(jīng)研究出了發(fā)光效率達(dá)到100lm/瓦的OLED，而產(chǎn)業(yè)化的OLED也達(dá)到了50-60lm/瓦，效能低的問(wèn)題有了進(jìn)一步改善。同樣是固態(tài)照明的LED，在面光源的照明應(yīng)用上，現(xiàn)階段制作方式仍須使用擴(kuò)散板或?qū)Ч獍?，但這會(huì)使其高發(fā)光效率降低。反觀OLED不須使用擴(kuò)散版或?qū)Ч獍?，也可達(dá)到高發(fā)光效率。另一方面，就技術(shù)層面而言，LED發(fā)熱量大，需要散熱機(jī)構(gòu)，但OLED照明卻不需要。OLED燈在透明度及散熱效果、薄型化具有較高產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，適用于大面積面光源，開(kāi)關(guān)速度快，而針對(duì)燈源所呈現(xiàn)的區(qū)域性現(xiàn)象，如歐盟地區(qū)偏好暖色系光源，亞洲地區(qū)，如日本、大陸等地則喜歡較為明亮的白色光源，OLED燈也能調(diào)整顏色符合各種顏色需求。再者，材質(zhì)柔軟、易于裁切、造型輕薄，及低驅(qū)動(dòng)電壓等特性，相當(dāng)符合環(huán)保問(wèn)題。然而，具備多種優(yōu)勢(shì)特性的OLED燈為何仍未量產(chǎn)，主因在于亮度、使用壽命與發(fā)光效率三大問(wèn)題。再者，制作量產(chǎn)時(shí)仍須注意整面亮度均勻度及演色性(CRI)，演色性越高，視覺(jué)所看到的色彩才越真實(shí)，因此，CRI必須做到八十以上。雖OLED仍有許多改善空間，但預(yù)估2010~2011年將小量進(jìn)入商品化市場(chǎng)，初期若善用OLED照明在市場(chǎng)特殊應(yīng)用開(kāi)拓其它照明技術(shù)尚未能進(jìn)入的領(lǐng)域－如狹小空間的汽車(chē)及飛機(jī)照明、與玻璃帷幕結(jié)合的透明照明、甚至可攜式小型照明等，亦能發(fā)揮OLED于照明領(lǐng)域特有的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在有一門(mén)新學(xué)科叫OLED光學(xué)，用以解決OLED中的光學(xué)問(wèn)題，其于照明領(lǐng)域發(fā)展將不容小覷，OLED將提供與以往截然不同的照明新應(yīng)用及新設(shè)計(jì)，與其它照明技術(shù)呈現(xiàn)顯著區(qū)別。

三、OLED在照明中的應(yīng)用

OLED應(yīng)用在照明用途，有許多特性與OLED朝「未來(lái)顯示器」發(fā)展方向有許多共通處，其中包括透明、輕薄、可撓等。在OLED朝透明化發(fā)展方面，三星電子(Samsung Electronics)已開(kāi)發(fā)穿透率達(dá)30% OLED顯示器，倘若該特性延伸至照明領(lǐng)域，亦有異曲同工之處，只是發(fā)光方式從顯示彩色畫(huà)面，轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)出白色光而已。飛利浦領(lǐng)先業(yè)界開(kāi)發(fā)透明型照明用OLED面板，而日本有機(jī)Electronics研究所亦制作出透明度達(dá)70~75%的窗型OLED照明，上述兩款OLED照明產(chǎn)品透光度，已與一般玻璃幾乎無(wú)異，透明的窗型OLED照明產(chǎn)品在白天不需點(diǎn)燈時(shí)，與一般玻璃窗無(wú)異，并可讓太陽(yáng)光從外面穿透進(jìn)來(lái)，至夜晚時(shí)才需點(diǎn)燈，此設(shè)計(jì)兼具建物玻璃帷幕與照明雙重功能。當(dāng)然，OLED另一個(gè)眾所皆知的特性為輕薄。即便OLED面板采玻璃封裝方式，整體厚度僅約1.5mm，此輕薄優(yōu)勢(shì)應(yīng)用在顯示器上，如Sony已上市的11吋OLED TV，整機(jī)最薄部亦僅3mm而已；相對(duì)的，若進(jìn)入照明產(chǎn)品應(yīng)用，則OLED照明可服貼于天花板、墻壁上，甚至于可采隱藏式設(shè)計(jì)，例如設(shè)置于抽屜內(nèi)部，當(dāng)開(kāi)打抽屜時(shí)，里頭的OLED照明即會(huì)自動(dòng)發(fā)光。目前普遍使用的熒光燈管因?yàn)閷儆诰€性光源，無(wú)法提供大面積且均勻的照明光源。具備輕、薄、軟、透明等特性的OLED照明適合大面積照明、擁有均勻亮度的照明新寵。有別于LED及熒光燈，OLED可以調(diào)整亮度與顏色，相當(dāng)適于情境照明。在應(yīng)用情境方面，OLED燈可以用于抽屜中，打開(kāi)抽屜便會(huì)亮起，以便于尋找東西；或者也能運(yùn)用于鏡子上，將OLED燈裝置于鏡子外側(cè)，用于補(bǔ)光以利補(bǔ)妝。也可以用在窗戶上，白天為透明的窗戶，夜晚點(diǎn)亮后則變?yōu)檎婀庠?。此外，展品照明也是OLED照明的應(yīng)用市場(chǎng)，展覽品最怕受到紅外線、紫外線及熱的影響，可利用OLED燈的低熱特性，免除展品受到紅外線、紫外線與溫度的困擾，即使初期OLED 照明產(chǎn)品價(jià)格偏高，但相較于價(jià)值更高的展覽藝術(shù)品，使用OLED燈仍是展品照明的良好選擇。OLED燈也可以運(yùn)用在醫(yī)療環(huán)境中，像是嬰兒的黃疸治療，以往黃疸治療采用以藍(lán)色的熒光燈照射的方式，為了保護(hù)眼睛受傷會(huì)將其遮蔽，但OLED燈由于具備可調(diào)旋光性質(zhì)，可保護(hù)接受治療的嬰兒眼睛；甚至也因柔軟特點(diǎn)，可做成如棉被一樣的黃疸治療工具。再者，也能用于手術(shù)燈，此面光源照明不會(huì)有陰影及照明死角，且散熱低，利于手術(shù)房的醫(yī)療環(huán)境。OLED朝超輕薄化設(shè)計(jì)仍持續(xù)進(jìn)行中，封裝技術(shù)采薄膜封裝方式，使得OLED面板厚度可進(jìn)一步降至0.5mm以下。薄膜封裝與玻璃封裝不同處在于，可減少上方玻璃使用，只使用1片下方玻璃基板而已，再者，若將下方玻璃基板改成塑料或薄膜金屬基板，則OLED照明厚度不僅更薄，且可作到撓曲的程度。

四、OLED在行動(dòng)

OLED于顯示器的應(yīng)用亮眼，其照明創(chuàng)新應(yīng)用也不遑多讓，OLED照明由于輕薄柔軟、易攜帶、環(huán)保、透明特性，適于大面積、情境照明，而從西門(mén)子、Frauhofer、IPMS、飛利浦、Osram、GE等國(guó)際大廠相繼投入該領(lǐng)域研發(fā)，掀起一波OLED照明的創(chuàng)新應(yīng)用風(fēng)潮、可看出OLED照明背后所蘊(yùn)藏的龐大商機(jī)。由于OLED燈可望成為未來(lái)照明的新主流，不少?gòu)S商也積極投入研發(fā)，歐洲、德國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)等地都采用項(xiàng)目方式進(jìn)行研究。項(xiàng)目研究主要以高效率與高壽命為研發(fā)主軸，如歐洲OLED 100.eu項(xiàng)目，更值得注意的是，為求OLED照明早日商品化，歐洲OLED 100.eu項(xiàng)目甚至將價(jià)格也列入研發(fā)考慮中，促使OLED照明具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)價(jià)格。參與此項(xiàng)目的廠商包含西門(mén)子、Frauhofer、IPMS、飛利浦、Osram等，其中不乏國(guó)際照明大廠，而這些廠商甚至還包含上游材料商與設(shè)備商，足以見(jiàn)得OLED照明成長(zhǎng)力道。全球投入OLED研究的廠商，根據(jù)統(tǒng)計(jì)約五十六家；其中二十七家廠商投身材料的提升，占整體投資廠商48%，如此高比例數(shù)據(jù)也突顯材料提升的困難性，而Osram、飛利浦和GE等國(guó)際照明大廠則投入專利布局。2007年1月飛利浦、Osram兩家公司將OLED與LED專利交互授權(quán)，宣告一起開(kāi)拓固態(tài)照明市場(chǎng)。在2004年，飛利浦就已放棄了OLED顯示器的研發(fā)，改投入OLED照明研究，同時(shí)，飛利浦開(kāi)始向照明設(shè)計(jì)師與藝術(shù)家說(shuō)明OLED照明產(chǎn)品，使他們掌握OLED照明設(shè)計(jì)，以促使下游廠商采購(gòu)OLED照明相關(guān)商品；而Osram則于2007年1月，結(jié)束OLED顯示器工廠，專注于OLED照明的研發(fā)， Osram 把OLED燈應(yīng)用在玻璃基板上，可將整片OLED燈組合為一個(gè)臺(tái)燈，或組成面光源的照明；GE則專注于軟性的OLED燈，于2007年12月發(fā)表軟性O(shè)LED照明相關(guān)產(chǎn)品，甚至于圣誕節(jié)時(shí)，將其產(chǎn)品纏繞成圣誕樹(shù)形狀，顯示不須利用LED或燈泡當(dāng)作圣誕樹(shù)的燈源，可以輕薄、柔軟的OLED燈代替。利用印刷技術(shù)把OLED應(yīng)用在大面積、軟性的物品表面，不算什么新鮮事，不過(guò)在由芬蘭VTT Technical Research Center所主導(dǎo)的ROLLED計(jì)劃中，研究人員開(kāi)發(fā)出一種軟性O(shè)LED物質(zhì)，能利用滾動(dòng)條式(roll-to-roll)印刷技術(shù)大量生產(chǎn)，大大降低制造成本，加快生產(chǎn)速度，使得OLED的成本低到能夠應(yīng)用在日常生活中的每一樣物品上，從產(chǎn)品包裝到名片，都不成問(wèn)題。這種OLED物質(zhì)壓縮在阻濕性薄膜中，厚度只有三到四張白紙厚，像是用來(lái)測(cè)量產(chǎn)品包裝內(nèi)食物新鮮度的感應(yīng)器，甚至是防止產(chǎn)品拷