OLED應用于照明領域的探討

1、OLED應用于照明領域的探討1引論 OLED (Organic Light Emitting Diode) 是指有機半導體材料和發(fā)光材料在電場驅動下, 通過載流子注入和復合導致發(fā)光的現(xiàn)象。其原理是用ITO透明電極和金屬電極分別作為器件的陽極和陰極, 在一定電壓驅動下, 電子和空穴分別從陰極和陽極注入到電子和空穴傳輸層, 電子和空穴分別經過電子和空穴傳輸層遷移到發(fā)光層, 并在發(fā)光層中相遇, 形成激子并使發(fā)光分子激發(fā), 發(fā)光分子便經過輻射發(fā)出可見光。輻射光可從ITO一側觀察到, 金屬電極膜同時也起了反射層的作用。從目前有機電激發(fā)光元件的技術發(fā)展情況看來，綠光、藍光、紅光都有相關的材料開發(fā)，其中以綠

2、光的技術最成熟，而紅光的技術正在加緊研發(fā)中。OLED結構如圖 1所示。1 2OLED最早發(fā)現(xiàn)是在1979 年。當時在柯達公司從事科學研究工作的科學家鄧青云博士發(fā)現(xiàn)一塊做實驗的有機蓄電池在發(fā)光，從而開始了OLED的研究。21987年，鄧青云等采用超薄薄膜技術和雙層結構，成功制備出低壓驅動的小分子OLED，發(fā)光亮度1000cd/m2，光效1.5lm/W。1997年，日本Pioneer公司將單色OLED用在汽車音響面板上，OLED開始逐漸走向產業(yè)化。3OLED發(fā)展從硬屏到軟屏，面板尺寸由小到中再到大，顯色顏色由單色、多色到全彩色。OLED主要應用在顯示屏幕上，隨著白光OLED的發(fā)展，其也逐漸將應用于

3、照明中。 OLED 與LED 同屬固態(tài)照明,具有發(fā)熱量低、耗電量小、反應速度快、體積小、耐震耐沖裝、易開發(fā)成輕薄短小產品等優(yōu)點。OLED應用于照明的關鍵技術主要為高效率及長壽命。4 同時OLED具有輕薄、面發(fā)光、柔軟性和延展性的特點,通過采用不同光色的組合, 構成照度柔和的各種模塊,帶給未來照明設計新的理念。在照明的應用上，產業(yè)目標是在1,000cd/m2 達到5080lm/W 的效率。5目前，用于照明的白光OLED產品光效可達60lm/W以上，顯色指數80左右。6已經能夠滿足一些場所照明的需求。 2白光照明OLED實現(xiàn)用于照明的白光OLED，主要有兩種方法：71) 波長轉換法,是用發(fā)藍光的O

4、LEDs激發(fā)黃色、橙色、紅色熒光或磷光粉來實現(xiàn)白光；2) 顏色混合法,是用藍光和橙光兩種補償光或紅、綠、藍三基色光通過摻雜或多層的方式實現(xiàn)白光的方法。 這兩種實現(xiàn)白光的方法原理上是不同的。但其實現(xiàn)方式或者是采用兩種光色混合成白光，或是采用三種光色混合成白光。圖 2所示為用兩種光色（藍光和黃光）混合成白光，藍光和黃光的成分配比不同，OLED光色將會位于圖示兩點之間黑線上的某點。圖 3為用三種光色混合成白光。紅、綠、藍三基色光配比不同，可以使OLED光色在整個三點組成的三角形內變化。兩種光色混成白光，可選擇性小，但光色一致性比較好；三種光色白光，可選擇范圍大，但光色一致性差。不管采用哪種方式，只要

5、配比合適，都能得到比較舒適的白光，色溫可選擇范圍大，且顯色性也能達到80左右。 3軟件模擬驗證 3.1TracePro模擬OLED平板發(fā)光 本文采用TracePro模擬OLED平板光源，建模尺寸為300mm300mm10mm，設置出光面為朗伯光源，100,000條光線進行模擬。平板光源模型和模擬的極坐標等光強圖如圖 4所示。圖 5為OLED平板光源配光曲線。配光曲線基本上成朗伯配光形式，模擬光線增加時，將向朗伯配光分布更加逼近。將所得的配光曲線導出，保存為IES文件格式。 3.2DIALux模擬驗證 3.2.1OLED照明與熒光燈照明的比較 將TracePro模擬導出的配光曲線，導入DIALu

6、x，其配光如圖 6（c），另選兩種熒光燈配光，如圖 6（a）(類橢球式配光)和圖 6（b）（類蝙蝠翼式配光）所示。采用兩種房間設計布局，如圖 7所示，房間布局1為5.4m3.6m2.8m，布置一個燈具；房間布局2為9m6m2.8m，布置六個燈具。燈具的參數見表 1。其中熒光燈具由兩個36W熒光燈組成；OLED模型光源尺寸為300mm300mm，故采用4塊拼合為一個燈具，尺寸為1200mm300mm，總功率設為72W。采用熒光燈1、熒光燈2和OLED照明的兩組設計方案如圖 8所示。照度工作面高度取0.8m 3軟件模擬驗證 3.1TracePro模擬OLED平板發(fā)光 本文采用TracePro模擬O

7、LED平板光源，建模尺寸為300mm300mm10mm，設置出光面為朗伯光源，100,000條光線進行模擬。平板光源模型和模擬的極坐標等光強圖如圖 4所示。圖 5為OLED平板光源配光曲線。配光曲線基本上成朗伯配光形式，模擬光線增加時，將向朗伯配光分布更加逼近。將所得的配光曲線導出，保存為IES文件格式。 3.2DIALux模擬驗證 3.2.1OLED照明與熒光燈照明的比較 將TracePro模擬導出的配光曲線，導入DIALux，其配光如圖 6（c），另選兩種熒光燈配光，如圖 6（a）(類橢球式配光)和圖 6（b）（類蝙蝠翼式配光）所示。采用兩種房間設計布局，如圖 7所示，房間布局1為5.4m

8、3.6m2.8m，布置一個燈具；房間布局2為9m6m2.8m，布置六個燈具。燈具的參數見表 1。其中熒光燈具由兩個36W熒光燈組成；OLED模型光源尺寸為300mm300mm，故采用4塊拼合為一個燈具，尺寸為1200mm300mm，總功率設為72W。采用熒光燈1、熒光燈2和OLED照明的兩組設計方案如圖 8所示。照度工作面高度取0.8m。3.2.2數據分析 從表 2可以看出，使用OLED，照度水平相對要低，比熒光燈1低30%以上，比熒光燈2低20%。對于目前的教室照明要求達到300lx的情況下，功率密度小于11W/m2，根據表 2方案2-c，在達到300lx（設計結果為319lx）的水平時，功

9、率密度為8 W/m2，能夠滿足目前一定照明水平的要求。如果OLED的光效能提高到100lm/W，則可以達到目前一般熒光燈照明的水平。表 3從光效、壽命、成本等方面對熒光燈和OLED進行了比較。OLED成本上相對比較高，其光效水平仍有很大提升空間，壽命能與熒光燈相媲美。當然，隨著OLED平板材料與工藝的發(fā)展，其應用于照明成本情況也將逐步降低，Bardsley在其文章中對OLED的成本進行了預測，如表 4所示。8 3.2.3 OLED為面光源，且非常輕薄，可以用作一些特殊的照明設計。設置房間尺寸參數5.4m3.6m2.8m。OLED平板光源尺寸為1.2m0.9m，距地面0.8m，置于墻中央部位，如

10、圖 9（a）所示。圖 9（b）為顯示燈具配光分布的示意圖。使用34塊OLED模擬光源拼合，總功率216W，光通量12,960lm。等照度面取為0.8m高。圖 10為OLED模擬窗戶照明等照度圖?？拷按皯簟辈糠郑斩仍?000-3000lx，隨著向房間內部深入，其照度逐漸降低，在房間中間照度為300lx。OLED窗戶照明照度結果如表 5所示。一般晴天情況下，窗戶口的照度在2500lx左右，室內平均照度約為300lx。此處設計的OLED模擬窗戶照明和實際晴天透過窗戶照射的情況比較類似。 4結論 綜上所述，可得到下面結論： 1)白光OLED通過二色或三色混合而成，可達到比較好的光色，色溫范圍大，且其顯色性80左右。能夠達到一般照明對光色和顯色性的要求。 2)從模擬設計結果來看，OLED可以滿足一定的照明需求，但相較熒光燈照明，同等水平下，在光效、照度水平上要差20%-30%，且成本為熒光燈的數倍之高。整體性能需要進一步提升。 3）OLED具有輕薄、平板照明等特點，可用于一些