主頁(yè)（http://m.by236.com）：未來(lái)監(jiān)控用平面分布式固態(tài)光源—— OLED燈

    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。由于OLED燈既高效節(jié)能又環(huán)保，尤其它與LED點(diǎn)光源不同，是很薄的平面分布式光源，非常適合監(jiān)控等應(yīng)用。本文介紹這種固態(tài)光源OLED燈的結(jié)構(gòu)組成、發(fā)光原理、特點(diǎn)、與現(xiàn)有光源的比較、應(yīng)用市場(chǎng)及其研發(fā)前景，供讀者參考。

    目前實(shí)用的固態(tài)光源，除白光LED燈外，又新發(fā)展起來(lái)一種高效節(jié)能的平面分布式OLED有機(jī)發(fā)光二極管燈。它們不同于玻璃泡殼內(nèi)抽真空或充氣的白熾燈或熒光燈，因?yàn)槠?shy;發(fā)光時(shí)不發(fā)熱。這種固態(tài)光源的優(yōu)點(diǎn)是：效率高、能耗低、工作電壓低而比較安全、沒(méi)有燈絲斷裂因而耐用壽命長(zhǎng)、維護(hù)價(jià)格低、有高質(zhì)量的光輸出僅有少量的紫外光和紅外光輻射等。預(yù)計(jì)到2020年，固態(tài)光源比現(xiàn)有照明技術(shù)產(chǎn)生的同樣光輸出，可節(jié)省能源50%，這意味著可減少能耗，因而較少產(chǎn)生空氣和水的污染。

    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。而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)很多新的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其適于未來(lái)監(jiān)控應(yīng)用。下面就介紹這種固態(tài)光源OLED燈的結(jié)構(gòu)組成、發(fā)光原理、特點(diǎn)、與現(xiàn)有光源的比較、應(yīng)用市場(chǎng)及其研發(fā)前景。

OLED燈的結(jié)構(gòu)組成
    OLED燈的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。它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Web Coating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。

    如圖1所示，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)。

OLED燈的特點(diǎn)及與現(xiàn)有光源的比較

OLED燈的特點(diǎn)
新研發(fā)的OLED燈主要有下列幾個(gè)特點(diǎn)：
·OLED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；

·能耗低、工作電壓低(3-5V)，使用與維護(hù)安全；

·能效高、壽命長(zhǎng)，沒(méi)有燈絲斷裂而耐用；

·環(huán)保，無(wú)污染，不發(fā)熱，僅有少量紫外與紅外輻射；

·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；

·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；

·是電流驅(qū)動(dòng)型器件，亮度可以在大于10000cd/m2的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)變化，并且它們均勻發(fā)光、不閃爍；

·較少的插入元器件，能大規(guī)模、大面積、低成本制造等。

OLED燈與現(xiàn)有光源的比較
(中國(guó)集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：陳曉亮)