OLED照明追求更高發(fā)光效率 2019年將達(dá)200lm/W？
繼100lm/W的發(fā)光效率之后，實(shí)現(xiàn)約130lm/W成了各廠商的下一個目標(biāo)。日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)指出，這是因?yàn)槿绱藢?shí)現(xiàn)“普通熒光燈約2倍的發(fā)光效率”，同時其燈具效率與LED照明相當(dāng)。然而，130lm/W也不是終點(diǎn)。
有機(jī)EL照明的發(fā)光效率還會進(jìn)一步提高，以燈具效率來比較，預(yù)計在所有照明技術(shù)中有機(jī)EL照明將會是發(fā)光效率最高的技術(shù)。原美國伊士曼柯達(dá)公司的技術(shù)人員、現(xiàn)為南京第壹有機(jī)光電公司(First O-Lite)創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官的田元生指出：“白色有機(jī)EL發(fā)光效率的理論極限為248lm/W，與白色LED光源的260lm/W相近。”就是說，在燈具效率上，有機(jī)EL照明可能是最高的。實(shí)際發(fā)光效率也有望接近200lm/W。
IHS Electronics&Media公司預(yù)測，2019年200lm/W的有機(jī)EL照明面板將面世。美國能源部(DOE)也把190lm/W定為有機(jī)EL照明技術(shù)開發(fā)的最終目標(biāo)。有機(jī)EL材料廠商美國環(huán)宇顯示技術(shù)(UDC)雖然沒有提及具體的實(shí)現(xiàn)時間，但表示“作為有機(jī)EL照明的發(fā)光效率，180lm/W是比較現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)”。效率提高接連取得突破目標(biāo)定得很高，但目前供貨的有機(jī)EL照明面板的發(fā)光效率尚未達(dá)到。即便從全球來看，最高值也只是LG化學(xué)公司的60lm/W。日本國內(nèi)產(chǎn)品中，柯尼卡美能達(dá)控股公司的面板“Symfos”的45lm/W為最高值，其他產(chǎn)品大多只有30lm/W左右。產(chǎn)品之所以與今后的目標(biāo)值有巨大差距，是因?yàn)樽罱〉昧送黄疲苁拱l(fā)光效率飛躍性提高。尤其是以下3點(diǎn)取得了巨大進(jìn)展：(1)提高從光提取層的光提取效率;(2)通過抑制表面等離子體共振*而提高光提取效率;(3)提高藍(lán)色發(fā)光材料的效率。
*表面等離子體共振(SPR)=光與金屬表面的電子結(jié)合，在類似于聲波的縱波模式下共振的現(xiàn)象。(1)和(2)的光提取效率，是指有機(jī)EL元件內(nèi)部產(chǎn)生的光子中，可以提取到元件外部的光子比例。沒有在這一點(diǎn)上下功夫的元件，所發(fā)的光中只有約20%可提取到外部。剩余約80%以熱等形式散失。因此，光提取效率的提高是提高有機(jī)EL照明發(fā)光效率上的重要課題。
在光提取效率的提高上，日本金澤工業(yè)大學(xué)教授三上明義2009年發(fā)布了重要技術(shù)。主要內(nèi)容是，如果在元件表面設(shè)置由折射率高達(dá)2左右的玻璃層和微透鏡陣列組成的光提取層，就可以取得很好的效果。但高折射率玻璃存在價格高的大課題。2012年，松下公司著眼于價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高折射率玻璃的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)樹脂折射率高達(dá)1.7～1.8的特點(diǎn)。并且還在SID 2012上發(fā)布，在PEN薄膜表面設(shè)置的微透鏡陣列與玻璃基板之間加入空氣可大幅提高光提取效率。
利用該技術(shù)，光提取效率提高到了原來約2倍的42%。發(fā)光面積25cm2的有機(jī)EL照明面板的發(fā)光效率達(dá)到87lm/W，1cm2的有機(jī)EL元件達(dá)到101lm/W，作為發(fā)白色光而且薄型的元件，全球首次超過了100lm/W(圖1(b))注3 )。松下核心技術(shù)開發(fā)中心技術(shù)總監(jiān)、大阪大學(xué)特聘教授菰田卓哉指出：“重點(diǎn)在于高折射率PEN與折射率為1的空氣之間的巨大折射率差。”注3) 松下在本屆SID 2012上還宣布，通過設(shè)置與LED相同的半球狀光提取層，發(fā)光面積為4mm2的有機(jī)EL元件的光提取效率達(dá)到了62%以上，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)142lm/W的發(fā)光效率。旭硝子公司(AGC)也曾在SID 2009和SID 2012上宣布，以自主方法開發(fā)出了價格相對較低但具備高折射率和光散射功能的玻璃，提高了光提取效率。2009年發(fā)布的是在玻璃中加入氣泡使光散射的技術(shù)。而2012年發(fā)布的技術(shù)，是用直徑約2μm的陶瓷粒子取代難以控制直徑的氣泡添加到玻璃中，從而大幅降低了散射效果對波長的依賴注4 )。注4) 旭硝子表示，在光散射用粒子的粒徑小至數(shù)百nm時，可充分散射藍(lán)色光的“瑞利散射”占主導(dǎo)，而在粒徑為2μm左右時，對波長依賴性較小的“米氏散射”就會增強(qiáng)。關(guān)于玻璃價格，旭硝子稱“尚處于研究開發(fā)階段，不便公開”，但可能會以一個戰(zhàn)略性的價格設(shè)定開展業(yè)務(wù)。歐洲某玻璃廠商認(rèn)為，“歐洲有幾家有機(jī)EL元件廠商已經(jīng)有意采用估計是旭硝子生產(chǎn)的、具有光散射效果的玻璃”。
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