2012/09/29 日韓歐美大廠競逐OLED照明2015年起飛 @ 真乄科技業的頂尖投資團隊

OLED基本结构图资料来源：OSRAM

图1 OLED基本结构图资料来源：OSRAM

OLED具有驅動電壓低和省電效率高的優點，加上反應快、重量輕、厚度薄和構造簡單，使其成為歐美和日系大廠積極投入的次世代新光源。然而，目前仍有效率、壽命和效率等問題亟須改善，未來效率一旦提升，價格下滑到市場甜蜜點，將有機會取代目前的主照明產品。

繼發光二極體(LED)照明後，具備節能減碳優勢的有機發光二極體(OLED)照明，也成為歐美及日系照明大廠及LED業者積極投入研究發展的次世代新光源。
OLED不含汞及紫外線，無LED的「高熱」問題，而且不需玻璃管、變壓器、反射板等螢光燈必備零件，所產生的廢棄物相對少，所以不論是美國能源局提供的數據，或投入研發多年已開始量產的業者咸普遍認為，2015年OLED照明會與LED出現交叉點，開始切入普通照明市場，並將以主照明為戰場。

OLED照明後勢俏歐日大廠競逐商機

OLED最早係由鄧青雲(Dr. Ching Wan Tang)於1975年加入柯達Rochester實驗室時，從事研究工作意外所發現，1987年同屬柯達的汪根樣及另一位同事Steve Van Slyke成功使用類似半導體PN結的雙層有機結構第一次做出低電壓、高效率的光發射器。

1990年英國劍橋實驗室，也研製出高分子有機發光元件，2年後劍橋成立的顯示技術公司CDT(Cambridge Display Technology)，使OLED研究邁向一個全新發展方向。
OLED可簡單分為小分子聚合物OLED和高分子聚合物PLED(Polymer Light-Emitting Diodes)兩種類型，目前均已開發出產品。相對於OLED，PLED主要優勢為製程較簡單且可做成大面積，但礙於產品壽命問題，目前市面上產品尚以OLED為主要應用，而PLED為主的照明應用則是有不少國際照明業者及歐美政府相繼投入研究開發當中。
OLED的正極是由薄而透明且具半導體特性的銦錫氧化物(ITO)構成，而陰極則由低功函數的金屬(如銀)構成；整個結構層則由陰極(LUMO)、電子傳輸層(ETL)、發光層(EL)、電洞輸運層(HTL)和陽極(HOMO)所組成，如圖1所示。

OLED工作原理為加入一外加偏壓，使電子電洞分別經過電洞傳輸層(Hole Transport Layer)與電子傳輸層(Electron Transport Layer)後，進入一具有發光特性的有機物質，在其內發生再結合時，形成「激發光子」後，再將能量釋放出來而回到基態，而這些釋放出來的能量當中，通常由於發光材料的選擇及電子自旋的特性(Spin State Characteristics)，從單重態到基態中只有25%能量可用來當作OLED的發光，其餘75%以磷光或熱的形式回歸到基態。由於所選擇的發光材料能階的差異，可使這25%能量以不同顏色的光釋放出來，而形成OLED的發光現象。

由於OLED為自發光，可視度(179度)和亮度均高，其次是驅動電壓低且省電效率高，且反應快、重量輕、厚度薄、構造簡單和成本低，再加上OLED為面光源，因此包括歐美系國際照明大廠飛利浦(Philips)、歐司朗(Osram)、奇異(GE)和Novaled，以及日系業者Lumiotec、Konica Minolta和Panasonic出光OLED照明公司都積極投入產品研發，並陸續於近年內開始對外展示自家照明產品。

發光材料添助力OLED照明效率提升

以光源發展的演進歷程來看，如圖2所示，OLED照明也被認定為繼LED照明後，最具潛力的接棒者。 OLED除具有軟性基板照明的特性外，由於OLED可做成較大面積的面光源，所以自有其優勢存在。

图2 照明光源演进历史及未来发展预测图资料来源：Navigant Consulting

在OLED照明發展中，最受矚目還是發光材料的發展，用於OLED的有機材料有高分子與低分子兩類。
目前市場以低分子系列材料為主，而在發光材料中，則又可區分為螢光材料及磷光材料兩大類；螢光為單重激發態(Singlet State)的發光方式，磷光則是三重激發態(Triplet State)的發光方式，理論上若螢光加上磷光，可達100%發光效率。

目前已量產化的OLED照明元件，雖以螢光為主，但礙於發光效率較低，廠商早已積極投入開發磷光材料，以期提高發光效率。現階段紅光及綠光材料皆能進入實用化階段，而最晚開發的藍光，目前仍有短壽命問題存在。

由於白光OLED的取得，須透過不同顏色混光而成，因此實用化產品中，OLED元件結構設計，除單採用螢光料材外，亦有採用結合螢光與磷光材料的方式以達到最佳化的白光發光效率。
2012年初日本Lighting Japan LED/OLED研討會中，Panasonic便發表一項採用日廠出光興業開發的新型藍光螢光材料，搭配紅、綠磷光組合成2-unit結構的產品，由於採用日廠Tazmo的Slit Coated濕式塗佈製程，白光OLED照明效率可達56lm/W，演色性為91，半衰壽命期限為十五萬個小時。

另一項採用全磷光的產品，透過導入高折射率光取出層材料，白光OLED可達128lm/W高效率，不過產品信賴性仍不高。
另外，近年來OLED照明相關廠商，亦陸續對外發表各自在次世代照明的成果。以表1揭露的資料來看，目前以採用全磷光的Panasonic在效率表現最佳，已到128lm/W。

開始商品化的OLED顯示器，把訴求重點放在輝度，以及如何在特定角度中呈現最佳的光色，但是OLED照明必須考量到全光束，且於可見光的波長中提高發光效率，意即提升光萃取率。
然而，目前可應用於OLED顯示器的提升光萃取率的方法，並不適用於現在的OLED照明中，因此，如何提升光萃取率已經成為目前OLED業者須要積極解決的方向之一。

毋須藉燈具導光OLED照明效率不打折

不同於LED的點光源及螢光燈的線光源，OLED先天就是面光源(也可做成線或點光源)，不須其他燈具的輔助；不像LED光源或者是螢光燈，必須與燈具結合，否則無法單獨使用。
OLED本身就是面光源，因此不須其他燈具導光，就可避免前面提及燈源搭配燈具產生的整體效率影響，而成為OLED未來在市場上具有賣點的優勢。
但燈具搭配LED光源或螢光燈之後的整體效率，會受燈具設計以及導光機製而影響。

從圖3及圖4顯示資料來看，OLED照明的總效率相較於LED照明總效率，一樣100%光源，但前者效率僅受驅動電路設計影響，而後者則不然。

图3 OLED照明整体效率资料来源：Panasonic

图4 LED照明(侧边入光方式)整体效率资料来源：Panasonic

LED光源應用中，元件效率會因為溫度提升而產生的散熱、老化或是壽命問題，影響照明的品質，但OLED能量轉換不完全的熱能，較易散發出來，因此不用擔心上述LED光源會發生的現象。
以目前各項光源特性作比較，如表2所示，OLED在效率方面雖已逐漸追上白熾燈水準，但與螢光燈和LED燈相較，仍有很大進步空間。

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