- OLED燈的結(jié)構(gòu)組成
- OLED的照明原理
- OLED燈的特點(diǎn)及與現(xiàn)有光源的比較
- 發(fā)射光的熒光層，盡量使用有效的磷光摻雜層
- 塑料襯底必須滿足能抗200℃的溫度而無(wú)膨脹和收縮
OLED作為顯示器的應(yīng)用研究已有多年，近來(lái)已開(kāi)始它在照明燈方面的應(yīng)用研究。無(wú)機(jī)的LED燈能提供很高的能效和特別長(zhǎng)的壽命，但制造成本太高，從而被限制在特殊的應(yīng)用。OLED燈與LED點(diǎn)光源不同，它是很薄的平面分布式光源，且能大規(guī)模、大面積、低成本制造，因而可開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域。
OLED燈的結(jié)構(gòu)組成
OLED燈的結(jié)構(gòu)是由多層薄膜器件組成，即由箔、膜、剛性或柔性的板作基底，由電極層、活性材料層、以及保護(hù)阻擋層等組成，要求其中至少一個(gè)電極對(duì)光透明。
多層結(jié)構(gòu)OLED的典型結(jié)構(gòu)材料是：陽(yáng)極是鍍覆透明ITO膜的基板和近來(lái)開(kāi)發(fā)的透明導(dǎo)電聚合物，如聚苯胺、聚吡咯和PEDOT；陰極是低逸出功的Mg、Li和包含Ag和A1的合金，以及LiF/AI有機(jī)材料功能層是若干傳遞注入電荷(電子或空穴)到再結(jié)合區(qū)的聚合物或小分子有機(jī)化合物；
發(fā)射光的熒光層，盡量使用有效的磷光摻雜層，以及注入電荷的改進(jìn)型化合物，如靠近陽(yáng)極的導(dǎo)電聚合物和接近陰極的LiF或CsF鹽等。電荷傳遞聚合物典型的是聚乙烯共軛物，如聚苯撐維尼綸的衍生物。傳輸空穴的小分子有機(jī)物是芳香胺，傳輸電子的小分子是各種高電子親和力的多環(huán)芳香絡(luò)合物。
聚合物OLED的優(yōu)點(diǎn)是，可以由溶液沉積生成活性層，而小分子OLED的活性層典型是由氣相沉積形成。一般OLED的塑料襯底用PET材料，但它沉積時(shí)加熱溫度不能超過(guò)130℃，以及抗氧和水的滲透能力差。
為此，開(kāi)發(fā)新的塑料襯底，如Polyethersulphone和Polynorbornene。要求新的塑料襯底必須滿足：至少能抗200℃的溫度而無(wú)膨脹和收縮；從400nm到700nm光透過(guò)率為90％和帶有ITO鍍層的為85％；表面粗糙度小于10nm；每天氧的滲透率小于10-5cc/m2；每天水的滲透率小于1mg/m2，以及不存在結(jié)晶、氣泡、絲狀缺陷等。
OLED的照明原理
OLED適合用作白光光源，因?yàn)闊晒饣蛄坠獍l(fā)光的添加物結(jié)構(gòu)能定制發(fā)射任一所需顏色。對(duì)于白光發(fā)光器件可以有三個(gè)獨(dú)立發(fā)光層，每一個(gè)發(fā)射不同的顏色，所以整個(gè)器件總共有7~9層，包括不同工藝（濺射、氣相沉積、溶劑涂敷等）沉積的電極。
OLED燈是屬于一維緊密型器件，整個(gè)厚度典型小于100~200μｍ，所有層的沉積需要在無(wú)水無(wú)氧的10級(jí)超凈間內(nèi)進(jìn)行。OLED燈的實(shí)驗(yàn)室樣品一般用真空熱蒸發(fā)和旋轉(zhuǎn)噴鍍工藝，但不能大規(guī)模低價(jià)格制造大面積燈。
聚合物OLED用卷繞Roll-To-Roll（工作速度20英尺/秒）鍍膜或WebCoating是一個(gè)廉價(jià)制造工藝，但要精密控制各層的厚度和膜的均勻性，否則會(huì)影響發(fā)光的顏色、效率和整個(gè)面上的一致性。小分子OLED通常用連續(xù)氣相沉積工藝，同樣膜厚均勻性的控制是關(guān)鍵。
工作時(shí)5~20V的電壓加到電極，因活性層很薄（1nm~100nm），其場(chǎng)強(qiáng)高達(dá)10５~10７V/cm。該場(chǎng)強(qiáng)幾乎接近擊穿場(chǎng)強(qiáng)，它促使電荷通過(guò)電極和活行層的界面注入。空穴從透明的陽(yáng)極注入，電子從陰極注入。
注入電荷以彼此相反的方向遷移，最終相遇而結(jié)合。在結(jié)合時(shí)，釋放能量并使再結(jié)合的分子或聚合物分段達(dá)到激發(fā)態(tài)。受激電子可以從一個(gè)分子遷移到另一分子，最后某些分子或聚合物分段以光子或熱的形式釋放，顯然希望所有超額的激發(fā)能作為光的方式釋放。
在OLED有機(jī)分子中，大約25％的受激電子是處在單重態(tài)，而75％處在三重態(tài)。從單重態(tài)發(fā)射的電子（熒光發(fā)射）大多數(shù)情況是由熒光摻雜促進(jìn)的，它的內(nèi)量子效率IQE最大限制為25％，而有機(jī)材料的三重態(tài)能量作為非輻射的熱耗散對(duì)光發(fā)射無(wú)用。
研究結(jié)果表明，采用磷光摻雜物的所有三重態(tài)的能量可以作為磷光加以利用，于是允許直到100％的IQE。近來(lái)，發(fā)射紅光和綠光的磷光型OLED（PHOLED）的內(nèi)量子效率幾乎達(dá)到100％，外量子效率EQE達(dá)到19％（在實(shí)驗(yàn)條件下轉(zhuǎn)換成40lm/W），表明整個(gè)熒光系統(tǒng)的量子劇增。有時(shí)，在低至2.4V啟動(dòng)電壓時(shí)電流開(kāi)始流動(dòng)，并且有足夠的空穴—電子對(duì)再結(jié)合產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)的光，而電流和相當(dāng)?shù)墓鈴?qiáng)隨驅(qū)動(dòng)電壓增加而增強(qiáng)。
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OLED燈的特點(diǎn)及與現(xiàn)有光源的比較
(1)OLED燈的特點(diǎn)
新研發(fā)的OLED燈主要有下列幾個(gè)特點(diǎn)：
①OLED燈不是點(diǎn)光源，而是分布式（散布式）平面固體光源，它重量輕、超薄、柔軟、明亮、少陰影；
②能耗低、工作電壓低(3~5V)，使用與維護(hù)安全；
③能效高、壽命長(zhǎng)，沒(méi)有燈絲斷裂而耐用；
④環(huán)保，無(wú)污染，不發(fā)熱，僅有少量紫外與紅外輻射；
⑤可沉積到任何襯底：玻璃、陶瓷、金屬、薄塑料板、織物等柔軟和相適應(yīng)的襯底，能制成任意形狀和式樣，能調(diào)節(jié)發(fā)光燈任何想要的顏色，以及任意色的深淺和強(qiáng)度，包括白色光；
⑥具有良好的色坐標(biāo)、實(shí)現(xiàn)接近100的高彩色重現(xiàn)指數(shù)（CRI），能調(diào)節(jié)白光從冷色到暖色；
⑦是電流驅(qū)動(dòng)型器件，亮度可以在大于10000cd/㎡的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)變化，并且它們均勻發(fā)光、不閃爍；
⑧較少的插入元器件，能大規(guī)模、大面積、低成本制造等。
(2)OLED燈與現(xiàn)有光源的比較
表1綜合了OLED燈相對(duì)于現(xiàn)有光源的優(yōu)點(diǎn)所作的定性比較，但在達(dá)到目標(biāo)前依然存在許多技術(shù)關(guān)鍵。再過(guò)5年燈光市場(chǎng)將增長(zhǎng)到每年約400億美元，基于新穎性能的OLED燈將很快獲取10％的市場(chǎng)份額。當(dāng)效率和價(jià)格接近熒光燈的目標(biāo)時(shí)，在10~12年內(nèi)可獲取50％的市場(chǎng)份額。
表1各種光源的定性比較
OLED燈的應(yīng)用市場(chǎng)及研發(fā)目標(biāo)
（1）OLED燈的應(yīng)用
OLED替代白熾燈，鹵素?zé)艉蜔晒鉄舻囊话銘?yīng)用如下：
①居住和商業(yè)建筑用的照明燈板；
②用OLED“壁紙”作大型廣告牌和標(biāo)志板，甚至大到200平方英尺；
③家庭和辦公室的變色平板燈和大面積壁、天花板的平板燈；
④大面積液晶電視和顯示器的背光燈；
⑤辦公室的窗，壁和分隔可兼作平板燈和計(jì)算機(jī)屏兩用；
⑥還能作超輕的壁掛電視監(jiān)視器等。
由OLED可開(kāi)發(fā)的新應(yīng)用：
①作智能燈；
②與顯示、汽車(chē)、建筑和軍用設(shè)備等集成的應(yīng)用；
③從可編程性能（光強(qiáng)、光色、光束方向）中得到益處的應(yīng)用等。
（2）OLED燈的研發(fā)目標(biāo)
在OLED不斷向前發(fā)展的同時(shí)，也有一些關(guān)鍵課題有待攻克：
①研發(fā)并實(shí)現(xiàn)100％內(nèi)量子效率的全色發(fā)射體器件，并可設(shè)計(jì)發(fā)射體，以便控制它獲得在色品圖中的任一色；
②研發(fā)并獲得低注入勢(shì)壘、高遷移率而穩(wěn)定的電荷傳遞化合物；
③開(kāi)發(fā)高導(dǎo)電率、穩(wěn)定透明的有機(jī)聚合物代替現(xiàn)有昂貴的ITO透明導(dǎo)電電極，開(kāi)發(fā)包含活性差的導(dǎo)電聚合物薄阻擋層的多層金屬系統(tǒng)代替金屬合金陰極；
④深入理解導(dǎo)致活性材料中光化學(xué)和電化學(xué)變化的途徑，并開(kāi)發(fā)阻止發(fā)生這些反應(yīng)的方法，由此增加OLED的壽命；
⑤提高OLED外量子效率（達(dá)到60％），從而增加OLED的發(fā)光效率；
⑥優(yōu)化發(fā)射體的組合：獲得具有CIE坐標(biāo)為0.32，彩色重現(xiàn)指數(shù)CRI大于80的白光OLED；
⑦防止?jié)瘛⒀鹾投趸嫉那秩氲挠行У姆椒ǎ栽黾铀鼈兊拇娣艍勖凸ぷ鲏勖?br />
⑧開(kāi)發(fā)最佳的低電壓、大電流直流條件下工作的光源和相關(guān)線路等。
固態(tài)光源OLED目前正處在長(zhǎng)期研發(fā)中，美國(guó)的技術(shù)進(jìn)程詳情可見(jiàn)下表
表2OLED燈光性能、壽命和價(jià)格增進(jìn)的技術(shù)進(jìn)程
由上看出，有機(jī)發(fā)光二極管OLED燈，不是點(diǎn)光源，而是一種高效節(jié)能的平面分布式固態(tài)光源。因此，它可獲得大面積板和天花板照明，可作大型廣告牌和標(biāo)志板，家庭和辦公室的變色平板燈和大面積壁、天花板的平板燈等。
并且，還可兼作計(jì)算機(jī)屏、壁掛電視屏與安防監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視器等智能化應(yīng)用。尤其這種燈的環(huán)保、無(wú)污染、高效、節(jié)能、壽命長(zhǎng)、重量輕、超薄、柔軟、明亮、少陰影、使用安全方便、能智能化等潛在優(yōu)點(diǎn)，符合未來(lái)社會(huì)的發(fā)展需要。所以，其未來(lái)應(yīng)用廣泛，開(kāi)發(fā)前景誘人，是現(xiàn)代燈具的重要發(fā)展方向。
