- OLED燈的結構組成
- OLED的照明原理
- OLED燈的特點及與現有光源的比較
- 發射光的熒光層，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，且能大規模、大面積、低成本制造，因而可開發新的應用領域。
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)到再結合區的聚合物或小分子有機化合物；
發射光的熒光層，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芳香絡合物。
聚合物OLED的優點是，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，因為熒光或磷光發光的添加物結構能定制發射任一所需顏色。對于白光發光器件可以有三個獨立發光層，每一個發射不同的顏色，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級超凈間內進行。OLED燈的實驗室樣品一般用真空熱蒸發和旋轉噴鍍工藝，但不能大規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，否則會影響發光的顏色、效率和整個面上的一致性。小分子OLED通常用連續氣相沉積工藝，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，因活性層很薄（1nm~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態。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，而75％處在三重態。從單重態發射的電子（熒光發射）大多數情況是由熒光摻雜促進的，它的內量子效率IQE最大限制為25％，而有機材料的三重態能量作為非輻射的熱耗散對光發射無用。
研究結果表明，采用磷光摻雜物的所有三重態的能量可以作為磷光加以利用，于是允許直到100％的IQE。近來，發射紅光和綠光的磷光型OLED（PHOLED）的內量子效率幾乎達到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—電子對再結合產生肉眼可見的光，而電流和相當的光強隨驅動電壓增加而增強。
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OLED燈的特點及與現有光源的比較
(1)OLED燈的特點
新研發的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環保，無污染，不發熱，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，能調節發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、實現接近100的高彩色重現指數（CRI），能調節白光從冷色到暖色；
⑦是電流驅動型器件，亮度可以在大于10000cd/㎡的動態范圍內變化，并且它們均勻發光、不閃爍；
⑧較少的插入元器件，能大規模、大面積、低成本制造等。
(2)OLED燈與現有光源的比較
表1綜合了OLED燈相對于現有光源的優點所作的定性比較，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視器等。
由OLED可開發的新應用：
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燈的研發目標
在OLED不斷向前發展的同時，也有一些關鍵課題有待攻克：
①研發并實現100％內量子效率的全色發射體器件，并可設計發射體，以便控制它獲得在色品圖中的任一色；
②研發并獲得低注入勢壘、高遷移率而穩定的電荷傳遞化合物；
③開發高導電率、穩定透明的有機聚合物代替現有昂貴的ITO透明導電電極，開發包含活性差的導電聚合物薄阻擋層的多層金屬系統代替金屬合金陰極；
④深入理解導致活性材料中光化學和電化學變化的途徑，并開發阻止發生這些反應的方法，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的發光效率；
⑥優化發射體的組合：獲得具有CIE坐標為0.32，彩色重現指數CRI大于80的白光OLED；
⑦防止濕、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；
⑧開發最佳的低電壓、大電流直流條件下工作的光源和相關線路等。
固態光源OLED目前正處在長期研發中，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，有機發光二極管OLED燈，不是點光源，而是一種高效節能的平面分布式固態光源。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控系統的監視器等智能化應用。尤其這種燈的環保、無污染、高效、節能、壽命長、重量輕、超薄、柔軟、明亮、少陰影、使用安全方便、能智能化等潛在優點，符合未來社會的發展需要。所以，其未來應用廣泛，開發前景誘人，是現代燈具的重要發展方向。
