有機LED (OLED)如今常用於電視和手機螢幕,但它有望成為固態照明(SSL)技術的下一件大事,而且還可能適於其他更多應用。從許多應用來看,無機LED仍然較具經濟效益和技術意義,但OLED則有無機LED所缺少的一些有趣特性,再加上新的生產技術可望降低OLED的製造成本,從而使二者變得更具成本競爭力。

OLED經由向有機小分子或聚合物製成的電致發光層施加電流而發光,而且可以製造成剛性或軟性的薄片。OLED極其適於需要光均勻分佈的應用,例如螢幕和智慧型手機的數位顯示器。如下圖顯示典型的OLED結構——除了電子和電洞(hole)傳輸層,還有用於發射紅光、綠光與藍光的發光層。

OLED architecture DSCC

OLED的典型架構(來源:DSCC)

當施加電壓使得陽極相對於陰極為正時,電子流過OLED。OLED中的靜電力使得電子和電洞彼此相對,並在每個電子與電洞結合時發光。

OLED的效率明顯落後於無機LED,其量產的發光效率約為60-90流明/瓦(lm/W)。各種商用LED燈泡的發光效率範圍大約從100lm/W到200lm/W以上。就像無機LED的情況一樣,其光效率和顯色性之間存在權衡折衷。因此,無論是在電流作業(類似於無機LED)或是儲存期間(罪魁禍首是氧氣和濕氣滲透),都可能導致OLED的流明衰減。

OLED廣泛用於顯示器市場,以取代液晶顯示器(LCD)。雖然LCD顯示器已經有20多年的歷史,但OLED商用大約只有5年之久。這兩者都算是平面顯示技術,而且採用透過背板尋址的畫素矩陣。此外,兩種技術的每個畫素中都包括了紅、藍和綠色光源,而且也都可以製造成各種不同的尺寸。然而,二者之間也存在重要的差異。

儘管OLED需要更複雜的電路結構,LCD則需要更多光學層。LCD顯示器需要背光,而OLED顯示器則否。而且,如上所述,OLED在使用軟性基板進行生產時更具有優勢。因此,OLED正逐漸發展成為首選的顯示技術。

功耗方面說起來則有點複雜。雖然LCD顯示器的功耗取決於背光,OLED顯示器的功耗則取決於螢幕的內容;因此,OLED在這方面並不一定比LCD更具有優勢。

根據DSCC預測,到2022年,OLED將取代智慧型手機中所使用的LCD技術,這主要得益於OLED技術的先進外形尺寸,包括採用OLED實現的可折疊顯示器。

除了顯示應用以外,歐盟(EU)支持的‘Horizon 2020’研究最近展現的創新成果承諾將使OLED的製造成本降低90%,使其成本達到相當於無機LED照明產品。這些創新包括使用平面化軟性鋼作為生產基板、透明頂部觸點以及薄膜封裝,讓OLED生產不再依賴玻璃基板和封裝。雖然業界至今尚未出現使用這種新生產技術的產品,但預計其潛在應用領域包括一般照明、汽車照明以及穿戴式裝置。

最近,在歐洲Lyteus計劃主持的產業合作下——目標在於促進OLED技術的商用化,荷蘭的霍爾斯特中心(Holst Centre)和德國的弗勞恩霍夫研究所(Fraunhofer FEP)發表在生產方法上取得了創新,能夠實現其所聲稱的「全球最長的OLED產品」(15公尺)。這項成果展示使得「量身打造」的OLED客製化照明成為可能,使其適於從運輸到室內設計等各種應用。但該技術的主要缺點就在於發光效率,僅約15lm/W——這對於OLED技術而言確是太低了。

最後,針對一般照明領域,美國連鎖超市Wegmans Food Markets去年宣佈,為了向客戶和員工提供最佳品質的照明,將在特定商店和該公司總部(Rochester, NY)的懸吊燈具中安裝OLED/LED照明組合。這種混合燈具的OLED元件將由美國OLED照明製造商OLEDWorks進行製造。

基於OLED的照明應用已經廣泛用於顯示器產品中,現在正開始進軍其他照明市場。然而,生產成本和發光效率至今仍是其落實更廣泛採用的主要障礙。隨著相關研究的持續進行,可望最終克服這些限制。我們期待很快就會在生活中看到OLED照明產品。

編譯:Susan Hong

(參考原文:OLEDs heading for lighting, automotive, wearables,by Yoelit Hiebert)