OLED應(yīng)用于照明領(lǐng)域的探討

1、OLED應(yīng)用于照明領(lǐng)域的探討1引論 OLED (Organic Light Emitting Diode) 是指有機(jī)半導(dǎo)體材料和發(fā)光材料在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下, 通過(guò)載流子注入和復(fù)合導(dǎo)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(yáng)極和陰極, 在一定電壓驅(qū)動(dòng)下, 電子和空穴分別從陰極和陽(yáng)極注入到電子和空穴傳輸層, 電子和空穴分別經(jīng)過(guò)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(jīng)過(guò)輻射發(fā)出可見(jiàn)光。輻射光可從ITO一側(cè)觀察到, 金屬電極膜同時(shí)也起了反射層的作用。從目前有機(jī)電激發(fā)光元件的技術(shù)發(fā)展情況看來(lái)，綠光、藍(lán)光、紅光都有相關(guān)的材料開(kāi)發(fā)，其中以綠

2、光的技術(shù)最成熟，而紅光的技術(shù)正在加緊研發(fā)中。OLED結(jié)構(gòu)如圖 1所示。1 2OLED最早發(fā)現(xiàn)是在1979 年。當(dāng)時(shí)在柯達(dá)公司從事科學(xué)研究工作的科學(xué)家鄧青云博士發(fā)現(xiàn)一塊做實(shí)驗(yàn)的有機(jī)蓄電池在發(fā)光，從而開(kāi)始了OLED的研究。21987年，鄧青云等采用超薄薄膜技術(shù)和雙層結(jié)構(gòu)，成功制備出低壓驅(qū)動(dòng)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(kāi)始逐漸走向產(chǎn)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(yīng)用在顯示屏幕上，隨著白光OLED的發(fā)展，其也逐漸將應(yīng)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(yīng)速度快、體積小、耐震耐沖裝、易開(kāi)發(fā)成輕薄短小產(chǎn)品等優(yōu)點(diǎn)。OLED應(yīng)用于照明的關(guān)鍵技術(shù)主要為高效率及長(zhǎng)壽命。4 同時(shí)OLED具有輕薄、面發(fā)光、柔軟性和延展性的特點(diǎn),通過(guò)采用不同光色的組合, 構(gòu)成照度柔和的各種模塊,帶給未來(lái)照明設(shè)計(jì)新的理念。在照明的應(yīng)用上，產(chǎn)業(yè)目標(biāo)是在1,000cd/m2 達(dá)到5080lm/W 的效率。5目前，用于照明的白光OLED產(chǎn)品光效可達(dá)60lm/W以上，顯色指數(shù)80左右。6已經(jīng)能夠滿足一些場(chǎng)所照明的需求。 2白光照明OLED實(shí)現(xiàn)用于照明的白光OLED，主要有兩種方法：71) 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換法,是用發(fā)藍(lán)光的O

4、LEDs激發(fā)黃色、橙色、紅色熒光或磷光粉來(lái)實(shí)現(xiàn)白光；2) 顏色混合法,是用藍(lán)光和橙光兩種補(bǔ)償光或紅、綠、藍(lán)三基色光通過(guò)摻雜或多層的方式實(shí)現(xiàn)白光的方法。 這兩種實(shí)現(xiàn)白光的方法原理上是不同的。但其實(shí)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(lán)光和黃光）混合成白光，藍(lán)光和黃光的成分配比不同，OLED光色將會(huì)位于圖示兩點(diǎn)之間黑線上的某點(diǎn)。圖 3為用三種光色混合成白光。紅、綠、藍(lán)三基色光配比不同，可以使OLED光色在整個(gè)三點(diǎn)組成的三角形內(nèi)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(dá)到80左右。 3軟件模擬驗(yàn)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(shè)置出光面為朗伯光源，100,000條光線進(jìn)行模擬。平板光源模型和模擬的極坐標(biāo)等光強(qiáng)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(shí)，將向朗伯配光分布更加逼近。將所得的配光曲線導(dǎo)出，保存為IES文件格式。 3.2DIALux模擬驗(yàn)證 3.2.1OLED照明與熒光燈照明的比較 將TracePro模擬導(dǎo)出的配光曲線，導(dǎo)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(shè)計(jì)布局，如圖 7所示，房間布局1為5.4m3.6m2.8m，布置一個(gè)燈具；房間布局2為9m6m2.8m，布置六個(gè)燈具。燈具的參數(shù)見(jiàn)表 1。其中熒光燈具由兩個(gè)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(gè)燈具，尺寸為1200mm300mm，總功率設(shè)為72W。采用熒光燈1、熒光燈2和OLED照明的兩組設(shè)計(jì)方案如圖 8所示。照度工作面高度取0.8m 3軟件模擬驗(yàn)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(shè)置出光面為朗伯光源，100,000條光線進(jìn)行模擬。平板光源模型和模擬的極坐標(biāo)等光強(qiáng)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(shí)，將向朗伯配光分布更加逼近。將所得的配光曲線導(dǎo)出，保存為IES文件格式。 3.2DIALux模擬驗(yàn)證 3.2.1OLED照明與熒光燈照明的比較 將TracePro模擬導(dǎo)出的配光曲線，導(dǎo)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(shè)計(jì)布局，如圖 7所示，房間布局1為5.4m

8、3.6m2.8m，布置一個(gè)燈具；房間布局2為9m6m2.8m，布置六個(gè)燈具。燈具的參數(shù)見(jiàn)表 1。其中熒光燈具由兩個(gè)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(gè)燈具，尺寸為1200mm300mm，總功率設(shè)為72W。采用熒光燈1、熒光燈2和OLED照明的兩組設(shè)計(jì)方案如圖 8所示。照度工作面高度取0.8m。3.2.2數(shù)據(jù)分析 從表 2可以看出，使用OLED，照度水平相對(duì)要低，比熒光燈1低30%以上，比熒光燈2低20%。對(duì)于目前的教室照明要求達(dá)到300lx的情況下，功率密度小于11W/m2，根據(jù)表 2方案2-c，在達(dá)到300lx（設(shè)計(jì)結(jié)果為319lx）的水平時(shí)，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(dá)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(duì)熒光燈和OLED進(jìn)行了比較。OLED成本上相對(duì)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(dāng)然，隨著OLED平板材料與工藝的發(fā)展，其應(yīng)用于照明成本情況也將逐步降低，Bardsley在其文章中對(duì)OLED的成本進(jìn)行了預(yù)測(cè)，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(shè)計(jì)。設(shè)置房間尺寸參數(shù)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?，照度在2000-3000lx，隨著向房間內(nèi)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(jié)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(nèi)平均照度約為300lx。此處設(shè)計(jì)的OLED模擬窗戶照明和實(shí)際晴天透過(guò)窗戶照射的情況比較類似。 4結(jié)論 綜上所述，可得到下面結(jié)論： 1)白光OLED通過(guò)二色或三色混合而成，可達(dá)到比較好的光色，色溫范圍大，且其顯色性80左右。能夠達(dá)到一般照明對(duì)光色和顯色性的要求。 2)從模擬設(shè)計(jì)結(jié)果來(lái)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(shù)倍之高。整體性能需要進(jìn)一步提升。 3）OLED具有輕薄、平板照明等特點(diǎn)，可用于一些