- OLED燈的結構組成
- OLED的照明原理
- OLED燈的特點及與現(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℃的溫度而無膨脹和收縮
OLED作為顯示器的應用研究已有多年，近來已開始它在照明燈方面的應用研究。無機的LED燈能提供很高的能效和特別長的壽命，但制造成本太高，從而被限制在特殊的應用。OLED燈與LED點光源不同，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，因而可開發(fā)新的應用領域。
OLED燈的結構組成
OLED燈的結構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、以及保護阻擋層等組成，要求其中至少一個電極對光透明。
多層結構OLED的典型結構材料是：陽極是鍍覆透明ITO膜的基板和近來開發(fā)的透明導電聚合物，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有機材料功能層是若干傳遞注入電荷(電子或空穴)到再結合區(qū)的聚合物或小分子有機化合物；
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型化合物，如靠近陽極的導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)芳香絡合物。
聚合物OLED的優(yōu)點是，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，但它沉積時加熱溫度不能超過130℃，以及抗氧和水的滲透能力差。
為此，開發(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℃的溫度而無膨脹和收縮；從400nm到700nm光透過率為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，以及不存在結晶、氣泡、絲狀缺陷等。
OLED的照明原理
OLED適合用作白光光源，因為熒光或磷光發(fā)光的添加物結構能定制發(fā)射任一所需顏色。對于白光發(fā)光器件可以有三個獨立發(fā)光層，每一個發(fā)射不同的顏色，所以整個器件總共有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，整個厚度典型小于100~200μｍ，所有層的沉積需要在無水無氧的10級超凈間內(nèi)進行。OLED燈的實驗室樣品一般用真空熱蒸發(fā)和旋轉噴鍍工藝，但不能大規(guī)模低價格制造大面積燈。
聚合物OLED用卷繞Roll-To-Roll（工作速度20英尺/秒）鍍膜或WebCoating是一個廉價制造工藝，但要精密控制各層的厚度和膜的均勻性，否則會影響發(fā)光的顏色、效率和整個面上的一致性。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鍵。
工作時5~20V的電壓加到電極，因活性層很?。?nm~100nm），其場強高達10５~10７V/cm。該場強幾乎接近擊穿場強，它促使電荷通過電極和活行層的界面注入。空穴從透明的陽極注入，電子從陰極注入。
注入電荷以彼此相反的方向遷移，最終相遇而結合。在結合時，釋放能量并使再結合的分子或聚合物分段達到激發(fā)態(tài)。受激電子可以從一個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的，它的內(nèi)量子效率IQE最大限制為25％，而有機材料的三重態(tài)能量作為非輻射的熱耗散對光發(fā)射無用。
研究結果表明，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，發(fā)射紅光和綠光的磷光型OLED（PHOLED）的內(nèi)量子效率幾乎達到100％，外量子效率EQE達到19％（在實驗條件下轉換成40lm/W），表明整個熒光系統(tǒng)的量子劇增。有時，在低至2.4V啟動電壓時電流開始流動，并且有足夠的空穴—電子對再結合產(chǎn)生肉眼可見的光，而電流和相當?shù)墓鈴婋S驅動電壓增加而增強。
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OLED燈的特點及與現(xiàn)有光源的比較
(1)OLED燈的特點
新研發(fā)的OLED燈主要有下列幾個特點：
①OLED燈不是點光源，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)，使用與維護安全；
③能效高、壽命長，沒有燈絲斷裂而耐用；
④環(huán)保，無污染，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度，包括白色光；
⑥具有良好的色坐標、實現(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是電流驅動型器件，亮度可以在大于10000cd/㎡的動態(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燈相對于現(xiàn)有光源的優(yōu)點所作的定性比較，但在達到目標前依然存在許多技術關鍵。再過5年燈光市場將增長到每年約400億美元，基于新穎性能的OLED燈將很快獲取10％的市場份額。當效率和價格接近熒光燈的目標時，在10~12年內(nèi)可獲取50％的市場份額。
表1各種光源的定性比較
OLED燈的應用市場及研發(fā)目標
（1）OLED燈的應用
OLED替代白熾燈，鹵素燈和熒光燈的一般應用如下：
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算機屏兩用；
⑥還能作超輕的壁掛電視監(jiān)視器等。
由OLED可開發(fā)的新應用：
①作智能燈；
②與顯示、汽車、建筑和軍用設備等集成的應用；
③從可編程性能（光強、光色、光束方向）中得到益處的應用等。
（2）OLED燈的研發(fā)目標
在OLED不斷向前發(fā)展的同時，也有一些關鍵課題有待攻克：
①研發(fā)并實現(xiàn)100％內(nèi)量子效率的全色發(fā)射體器件，并可設計發(fā)射體，以便控制它獲得在色品圖中的任一色；
②研發(fā)并獲得低注入勢壘、高遷移率而穩(wěn)定的電荷傳遞化合物；
③開發(fā)高導電率、穩(wěn)定透明的有機聚合物代替現(xiàn)有昂貴的ITO透明導電電極，開發(fā)包含活性差的導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深入理解導致活性材料中光化學和電化學變化的途徑，并開發(fā)阻止發(fā)生這些反應的方法，由此增加OLED的壽命；
⑤提高OLED外量子效率（達到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坐標為0.32，彩色重現(xiàn)指數(shù)CRI大于80的白光OLED；
⑦防止?jié)?、氧和二氧化碳的侵入的有效的方法，以增加它們的存放壽命和工作壽命?br />
⑧開發(fā)最佳的低電壓、大電流直流條件下工作的光源和相關線路等。
固態(tài)光源OLED目前正處在長期研發(fā)中，美國的技術進程詳情可見下表
表2OLED燈光性能、壽命和價格增進的技術進程
由上看出，有機發(fā)光二極管OLED燈，不是點光源，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，還可兼作計算機屏、壁掛電視屏與安防監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視器等智能化應用。尤其這種燈的環(huán)保、無污染、高效、節(jié)能、壽命長、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，符合未來社會的發(fā)展需要。所以，其未來應用廣泛，開發(fā)前景誘人，是現(xiàn)代燈具的重要發(fā)展方向。
