使用无机材料(砷化镓、氮化镓以及其混合物)制造的LED,如今已成为一项得到广泛认可的技术。使用LED设备,成本低廉、光线明亮且效能高。但是,这类设备小巧的体积(点状LED)却让散热成为一大难题,同时其具有高亮度与极强的方向性,也成为在制造光源时必须小心考虑的问题,因为这种特性在某些情况下会产生眩光。
克服 LED 的“局限性”
许多安装了 LED 灯的设备通常都会耦合一个或多个分散层,分散层具有分配光辐射的作用,使得光更加明亮而不刺眼。然而,这样的灯具却会带来额外的光学损耗与电损耗,降低单个 LED 发出光的效能潜力。因此,人们发明了使用有机材料制作的 LED,也就是 OLED(有机 LED),它能够有效地将电能转化成光能,并且能在多种场合中作为光源使用,尤其可以应用于显示器与灯具之中。
OLED:真正的优越是什么?
相对于 LED 而言,OLED 在制造的形状以及应用的面积(只有几平方米)方面有着特有的优势,同时制造工艺也极为简单(喷墨印刷工艺),使用基底很薄,如塑料基板和弯曲的表面。而且,它不会产生眩光,能发出各种颜色的光束,并且效能非常好。
如上所述,自从柯达实验室在1987年发明了高效能的OLED以来,许多其他的实验室与公司也开始重视这种设备的开发,他们发表了大量的科学论文,并申请了众多的专利,时至今日,他们已取得了卓越的成效。一些 OLED 产品已被推出市场,其中包括最早期的室内灯具。
能发出白光的OLED有着各式的结构,而每种结构在生产与使用中都各有优点与不足(如图1中,配置(i)与(ii)通常用于显示器中,其余的则用于光源中)。尽管如此,OLED 的最终目标却是为人们提供不同色调的白光(冷光和暖光),并且这种白光稳定持久,亮度也可以轻易地进行调节。具备这种特性的设备非常适用于以上领域中。
OLED:有待提高/需要克服的方面
在实现以上目标之前,仍然有一些技术障碍有待克服。如今人们正在研究的问题主要有三个:1)让材料保持高稳定性的同时呈现出深蓝光(波长大约为420~430纳米);2)能独立发出红绿蓝光的发光材料-这是得到整体白光的必需条件,同时还要有较好的使用寿命与效能;3)防护材料与设备封装材料对于水蒸气与氧气的渗入具有极高的阻隔作用,这对于那些预备用于室外的设备极其重要。有一些材料可以发出深蓝光,但是在设备运转期间,这些材料的化学降解速度非常快,并且它们降解后产生的分子对设备中使用的其他材料有损害作用。
目前生产制造的 OLED,红绿蓝光都是通过不同的材料发出的,这些材料的照度、效能以及使用寿命也各不相同。因此,想要得到所需要的白光,无论是冷光还是暖光(根据CIE1931 色彩标准),都需要将不同的材料仔细地进行配比平衡。在照明方面,设备的负载过重,如果让亮度达到每平方米3000cd或者更高,就会造成发光材料的过早老化,尤其是那些发出蓝光的材料,而最终则会导致灯光色彩变得偏红。
而妨碍OLED 广泛普及的最大制约因素,或许就是其所用材料会与水蒸气和大气中的氧气发生化学反应,从而导致自身快速降解。这会给设备的性能造成不可逆的负面影响,并且一直持续到材料被消耗殆尽为止。因此,绝对需要使用适当的封装对OLED 进行保护。为了达到这个目的,所有的封装材料都需要尽可能地阻止氧气进入到设备的内部空间,对气体起到屏障的作用。在塑料基板上制作OLED 时,这点尤其重要。为解决此问题,人们在世界范围内进行了大量的研究工作。
对市场的建议
尽管存在着这些目前还未得到彻底解决的问题,制造商与设计师在过去这些年中仍然设计出了各种各样以OLED 为基础的产品。这些产品通常数量稀少,或者只进行小量的生产,再加上它展示了新技术的能力,因此往往都以很高的价格在高端市场中销售(如图2与图3)。照明业希望可以制造出大型的 OLED,并将它们整合到窗户和天花板中,这样就可以在白天通过对亮度的调节来提供漫射照明,从而让人造灯光更加有自然的感觉。
欧司朗制造的一款OLED灯具(OLED阅读灯, 如图4),可以随意地安装在任何地方,并且特别适合用来提供阅读照明。其售价不足200欧,但是使用时间却长达五年。这款灯具的寿命如此之长,这说明人们已经找到了解决上述问题的办法,并且这种解决办法的成本是可以负担得起的。
OLED 的灵活多用性
为了提高产品制造的数量,许多研究中心与公司在试点生产线上尝试使用卷对卷式的工艺来制造 OLED。这类试验的目的在于生产出能在效能与使用寿命上都满足市场需求的设备,同时借助这种生产工艺降低高产量制造时的生产成本。比如,2014年3月,柯尼卡美能达发布了第一批使用卷对卷兼容技术试验性生产的大尺寸白光 OLED。通过这条生产线,柯尼卡美能达一个月就可以制造出100万个 OLED 光源,大幅度地降低了产品的消费价格。
在显示器行业中,尤以LG和三星为代表,各家厂商同样推出了各种各样的OLED 电视和显示器样机,最近还公布了55英寸的弧面 OLED 电视(如图5)。由于不再需要荧光灯或 LED 背光系统,这种电视的面板只有几毫米厚。OLED电视之所以不需要背光系统,是因为OLED 自身就是光源。LG 声称这种电视的性能水准极高,因为每个像点中都包含了四个亚像素:在惯常的红色、绿色和蓝色的亚像素(RGB 代表红色、绿色和蓝色)之外,额外增加了一个白色的亚像素,从而提升了显示器的色彩显示范围,并降低了其他亚像素的工作负荷,因为在显示白光的时候,不再需要同时点亮显示红绿蓝三色的 OLED。
综上所述,尽管要彻底克服所有挑战,让 OLED 普及到全世界,目前还有很多的工作要做,但各种迹象显示,这种设备未来将会具有的商业影响力,如今已可见一斑。在未来的几年内,OLED 有可能和 LED 一起,共同成为主要光源之一,帮助降低能耗,并改善家中、工作场所以及休闲场所使用的照明方式。