OLED在照明领域的应用

一、OLED的定义

虽然LED已成为照明业者主要发展的技术，但是另一个照明新技术OLED渐露头角。OLED原先在显示器领域，无论在小尺寸可携式产品应用，或大尺寸TV显示器，已对于目前主流LCD显示器形成不小威胁。如今照明厂商进一步发挥OLED透明、轻薄、可挠等特性，开发出多样化OLED新兴照明应用，OLED在照明领域的应用将彻底颠覆照明在建筑传统意义上的概念，出现真正意义上的BIL（Building-Integrated-Lighting），十分类似太阳能中BIPV的概念。LED和OLED发光原理很接近，都是利用电子空穴在发光区再结合时，使得电子释出能量，此能量会以光子的形式被释出，也就会产生光。但是，两者结构却相差很多，LED的结构大家很熟悉，就不说了。OLED由电子传输层〈Electron Transport Layer, ETL〉、空穴传输层〈Hole Transport Layer, HTL〉和发光材料层〈Emitting Material Layer, EML〉构成，OLED 虽然跟 LED 只差一个英文字，但是它的结构比较像 LCD ，两侧有玻璃基板，中间有发光材料，而且发光材料是有机材质而非半导体，而OLED的电极至少有一边必须是可以透光。OLED的技术依其所使用的有机薄膜材料的不同，可分为小分子OLED被称为 SMOLED、高分子LED则被称为 Polymer OLED。

二、OLED在照明应用中的特点

OLED照明产品优势不胜枚举，不但具备可弯曲、柔软等特性，在薄如糖果纸的OLED照明上任意打洞，也无损其维持正常发亮，甚至可以任意裁切。OLED应用在照明上具有轻、薄、光源分布均匀、可挠、多彩等优势，打破传统照明及LED照明体积大、僵硬、厚重(当LED加上散热模块时)等印象，也因OLED具上述独有的特性，故能开拓其它照明技术尚未能进入的应用。LED对于普通用户来说，制造成本相当高，相应地LED灯具也相当昂贵。OLED照明设备解决了 LED 灯具成本的主要问题。同时，德国Frauhofe的科学家已经研究出了发光效率达到100lm/瓦的OLED，而产业化的OLED也达到了50-60lm/瓦，效能低的问题有了进一步改善。同样是固态照明的LED，在面光源的照明应用上，现阶段制作方式仍须使用扩散板或导光板，但这会使其高发光效率降低。反观OLED不须使用扩散版或导光板，也可达到高发光效率。另一方面，就技术层面而言，LED发热量大，需要散热机构，但OLED照明却不需要。OLED灯在透明度及散热效果、薄型化具有较高产品优势，适用于大面积面光源，开关速度快，而针对灯源所呈现的区域性现象，如欧盟地区偏好暖色系光源，亚洲地区，如日本、大陆等地则喜欢较为明亮的白色光源，OLED灯也能调整颜色符合各种颜色需求。再者，材质柔软、易于裁切、造型轻薄，及低驱动电压等特性，相当符合环保问题。然而，具备多种优势特性的OLED灯为何仍未量产，主因在于亮度、使用寿命与发光效率三大问题。再者，制作量产时仍须注意整面亮度均匀度及演色性(CRI)，演色性越高，视觉所看到的色彩才越真实，因此，CRI必须做到八十以上。虽OLED仍有许多改善空间，但预估2010~2011年将小量进入商品化市场，初期若善用OLED照明在市场特殊应用开拓其它照明技术尚未能进入的领域－如狭小空间的汽车及飞机照明、与玻璃帷幕结合的透明照明、甚至可携式小型照明等，亦能发挥OLED于照明领域特有的优势。现在有一门新学科叫OLED光学，用以解决OLED中的光学问题，其于照明领域发展将不容小觑，OLED将提供与以往截然不同的照明新应用及新设计，与其它照明技术呈现显着区别。

三、OLED在照明中的应用

OLED应用在照明用途，有许多特性与OLED朝「未来显示器」发展方向有许多共通处，其中包括透明、轻薄、可挠等。在OLED朝透明化发展方面，三星电子(Samsung Electronics)已开发穿透率达30% OLED显示器，倘若该特性延伸至照明领域，亦有异曲同工之处，只是发光方式从显示彩色画面，转变为发出白色光而已。飞利浦领先业界开发透明型照明用OLED面板，而日本有机Electronics研究所亦制作出透明度达70~75%的窗型OLED照明，上述两款OLED照明产品透光度，已与一般玻璃几乎无异，透明的窗型OLED照明产品在白天不需点灯时，与一般玻璃窗无异，并可让太阳光从外面穿透进来，至夜晚时才需点灯，此设计兼具建物玻璃帷幕与照明双重功能。当然，OLED另一个众所皆知的特性为轻薄。即便OLED面板采玻璃封装方式，整体厚度仅约1.5mm，此轻薄优势应用在显示器上，如Sony已上市的11吋OLED TV，整机最薄部亦仅3mm而已；相对的，若进入照明产品应用，则OLED照明可服贴于天花板、墙壁上，甚至于可采隐藏式设计，例如设置于抽屉内部，当开打抽屉时，里头的OLED照明即会自动发光。目前普遍使用的荧光灯管因为属于线性光源，无法提供大面积且均匀的照明光源。具备轻、薄、软、透明等特性的OLED照明适合大面积照明、拥有均匀亮度的照明新宠。有别于LED及荧光灯，OLED可以调整亮度与颜色，相当适于情境照明。在应用情境方面，OLED灯可以用于抽屉中，打开抽屉便会亮起，以便于寻找东西；或者也能运用于镜子上，将OLED灯装置于镜子外侧，用于补光以利补妆。也可以用在窗户上，白天为透明的窗户，夜晚点亮后则变为整片面光源。此外，展品照明也是OLED照明的应用市场，展览品最怕受到红外线、紫外线及热的影响，可利用OLED灯的低热特性，免除展品受到红外线、紫外线与温度的困扰，即使初期OLED 照明产品价格偏高，但相较于价值更高的展览艺术品，使用OLED灯仍是展品照明的良好选择。OLED灯也可以运用在医疗环境中，像是婴儿的黄疸治疗，以往黄疸治疗采用以蓝色的荧光灯照射的方式，为了保护眼睛受伤会将其遮蔽，但OLED灯由于具备可调旋光性质，可保护接受治疗的婴儿眼睛；甚至也因柔软特点，可做成如棉被一样的黄疸治疗工具。再者，也能用于手术灯，此面光源照明不会有阴影及照明死角，且散热低，利于手术房的医疗环境。OLED朝超轻薄化设计仍持续进行中，封装技术采薄膜封装方式，使得OLED面板厚度可进一步降至0.5mm以下。薄膜封装与玻璃封装不同处在于，可减少上方玻璃使用，只使用1片下方玻璃基板而已，再者，若将下方玻璃基板改成塑料或薄膜金属基板，则OLED照明厚度不仅更薄，且可作到挠曲的程度。

四、OLED在行动

OLED于显示器的应用亮眼，其照明创新应用也不遑多让，OLED照明由于轻薄柔软、易携带、环保、透明特性，适于大面积、情境照明，而从西门子、Frauhofer、IPMS、飞利浦、Osram、GE等国际大厂相继投入该领域研发，掀起一波OLED照明的创新应用风潮、可看出OLED照明背后所蕴藏的庞大商机。由于OLED灯可望成为未来照明的新主流，不少厂商也积极投入研发，欧洲、德国、美国、日本、韩国等地都采用项目方式进行研究。项目研究主要以高效率与高寿命为研发主轴，如欧洲OLED 100.eu项目，更值得注意的是，为求OLED照明早日商品化，欧洲OLED 100.eu项目甚至将价格也列入研发考虑中，促使OLED照明具备市场竞争价格。参与此项目的厂商包含西门子、Frauhofer、IPMS、飞利浦、Osram等，其中不乏国际照明大厂，而这些厂商甚至还包含上游材料商与设备商，足以见得OLED照明成长力道。全球投入OLED研究的厂商，根据统计约五十六家；其中二十七家厂商投身材料的提升，占整体投资厂商48%，如此高比例数据也突显材料提升的困难性，而Osram、飞利浦和GE等国际照明大厂则投入专利布局。2007年1月飞利浦、Osram两家公司将OLED与LED专利交互授权，宣告一起开拓固态照明市场。在2004年，飞利浦就已放弃了OLED显示器的研发，改投入OLED照明研究，同时，飞利浦开始向照明设计师与艺术家说明OLED照明产品，使他们掌握OLED照明设计，以促使下游厂商采购OLED照明相关商品；而Osram则于2007年1月，结束OLED显示器工厂，专注于OLED照明的研发， Osram 把OLED灯应用在玻璃基板上，可将整片OLED灯组合为一个台灯，或组成面光源的照明；GE则专注于软性的OLED灯，于2007年12月发表软性OLED照明相关产品，甚至于圣诞节时，将其产品缠绕成圣诞树形状，显示不须利用LED或灯泡当作圣诞树的灯源，可以轻薄、柔软的OLED灯代替。利用印刷技术把OLED应用在大面积、软性的物品表面，不算什么新鲜事，不过在由芬兰VTT Technical Research Center所主导的ROLLED计划中，研究人员开发出一种软性OLED物质，能利用滚动条式(roll-to-roll)印刷技术大量生产，大大降低制造成本，加快生产速度，使得OLED的成本低到能够应用在日常生活中的每一样物品上，从产品包装到名片，都不成问题。这种OLED物质压缩在阻湿性薄膜中，厚度只有三到四张白纸厚，像是用来测量产品包装内食物新鲜度的感应器，甚至是防止产品拷贝，都在其应用范围内。另外，比利时AGFA-Gevaert NV、荷兰飞利浦研究所（Philips Research）、荷兰HolstCentre、比利时IMEC及荷兰TNO宣布，试制出了用高导电性透明树脂电极代替ITO的12cm见方柔性OLED照明面板。该成果是在以采用印刷工艺制造柔性OLED照明为目标的EU项目「Fast2Light」的协助下取得的。低温工艺下，ITO难以确保导电性的问题。而此次采用的透明树脂的导电性较高，且适合使用涂布法，因此易于采用印刷工艺。该透明树脂是AGFA作为胶卷专用的防静电材料而开发的「Orgacon」。以OLED组件也可以使用的导电性树脂PEDOT/PSS为基础。目前，三洋电机和东京工业大学等也在积极研制这种材料。一般OLED照明面板的透明电极，多为层迭ITO薄膜和PEDOT/PSS薄膜的结构。此次，通过以Orgacon代替ITO，透明电极的导电性提高了约6倍（AGFA）。制成的OLED照明面板提高了印刷工艺的比例，如在透明电极上制做的布线图形也采用了喷墨印刷等，底板使用金属箔，可以任意弯曲。飞利浦乐观表示，OLED灯可于2009年正式量产，GE则认为2010年量产，另外如Lumiotec、Konica Minolta、Osram则表示于2011年于市场见到OLED灯的商品化。