OLED照明技术现状及未来挑战分析

有机发光二级管(OLED)是一种夹心型电子器件，即在两个电极间夹有多个有机薄膜层。OLED作为一种平面型光源，由于发出的光质非常接近自然光、无毒环保、可采用传统半导体蒸镀工艺加工并能够制备在柔性衬底上，普遍认为其在通用照明领域会有重要的应用。近期虽然有OLED照明产品上市，但是其昂贵的价格极大地阻碍了自身的发展。当前无机LED的照明价格为7-10$/kilo-lumen，市场上节能灯的照明价格约为22￥/kilo-lumen，而OLED照明灯具，美国能源部希望其照明价格能在2020年降到20-25$/kilo-lumen，因此，对现有OLED技术和材料的升级已显得迫在眉睫。接下来谈一下本人在这方面的看法和建议。
灯具的照明价格是决定其能否市场化的关键因素。OLED照明价格可由如下公式表述：
(1)式中分子为每平方米面板的生产成本，分母为每平方米面板在额定电压下提供的光通量(或明亮度)。我们知道，生产成本取决于量产规模，这也是业内很多人士寄OLED照明产业化希望之所在，但是任何产品的大规模量产必须有一个前提，即生产出来的产品必须具有实用性，因此，OLED照明首先要解决的问题应该是公式1中的分母，即显著提高OLED灯具的光出射度(或光通量、明亮度)。OLED的光出射度可由如下公式表述：
(2)功率效率目前是大家非常关注的一个指标，单点白光OLED的功率效率能够稳定达到80lm/W左右，但是在未来量产15厘米乘15厘米或更大尺寸的OLED照明面板时，功率效率能够保持在30-40lm/W就已经是非常不错的，短时间内很难会有大幅度的提高，因此，通过提高OLED照明面板的功率来提高OLED灯具的光出射度是一个非常现实可行的有效办法，这同时也可以大幅度降低OLED的照明价格(见公式1)。提高OLED的功率实际上就是我们熟知的大电流和低电压性能(在这一点上和无机LED是一致的，现在无机LED强调的就是大功率芯片制备技术)，PINOLED结构是这方面的代表性技术。
德国Novaled公司是PINOLED结构的所有者，围绕这个器件结构，他们开发出很多p型和n型掺杂材料体系，极大地促进了OLED照明技术的发展，应该说PINOLED结构是最有希望实现OLED照明产业化的技术体系，但是当前PINOLED结构上的设计仍旧存在着进一步提升的空间，可以从OLED材料发展的历史来谈这个问题。从1987年到2000年，OLED中基本不使用电掺杂材料，主要的材料研发围绕如何获得高水平的发光层结构，这个时期涌现出一批经典的空穴传输材料(如NPB、CBP、TCTA、m-MTDATA等)和电子传输材料(如Alq3、BCP、Bphen、TPBI等)。在上世纪90年代后期，参照无机LED结构，人们开始在OLED中使用并研发电掺杂材料，借以降低OLED的工作电压，但是这是围绕当时已经成型的发光层材料展开设计的，所以，目前我们所见到的p型掺杂材料和n型掺杂材料的最好电导率均在10-5S/cm左右。可以想见，如果想提高当前PINOLED的性能，就必须进一步降低电子和空穴传输过程中的欧姆损耗，所以就必须使用更高电导率的有机电掺杂材料，这也应该成为当前OLED照明技术发展的主流方向，应集中力量给予突破。在OLED中使用高电导率的有机电掺杂材料的另一个优点是可以有效增加OLED的厚度，这能够极大提高OLED的工作稳定性(参照无机LED结构即可理解这一点)。