商業(yè)OLED照明的性能及技術(shù)對(duì)比

LED是一種快速成熟的技術(shù)，正在大力進(jìn)軍傳統(tǒng)照明市場(chǎng)。然而，它并不是城里唯一的新型照明技術(shù)。有機(jī)LED（OLED）現(xiàn)在被認(rèn)為是一些建筑照明應(yīng)用的選擇，因?yàn)樗鳛橐环N顯示技術(shù)而受到歡迎，提供鮮艷的色彩而不需要背光。

OLED與傳統(tǒng)LED的不同之處在于，電致發(fā)光不是源自半導(dǎo)體結(jié)，而是由有機(jī)化合物膜產(chǎn)生。這使得OLED易于制造成大型，輕質(zhì)且甚至柔性的面板。然而，盡管與傳統(tǒng)LED相比具有一些關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，但是與固態(tài)光源相比，這些器件還不能作為商業(yè)照明選擇，主要是因?yàn)樾实颓页杀靖摺?/p>

本文介紹了當(dāng)今商業(yè)照明OLED的性能，并將其與包括LED在內(nèi)的成熟技術(shù)進(jìn)行了比較。

LED的另一種選擇

LED仍然是一項(xiàng)相對(duì)較新的技術(shù)，但數(shù)億美元的開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為主流。 LED是緊湊，節(jié)能的產(chǎn)品，具有長(zhǎng)壽命和照明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以前使用脆弱和笨重的白熾燈泡和熒光燈管是不可能的。

盡管它們具有明顯的吸引力，但它確實(shí)存在一些缺點(diǎn)。其中最主要的是對(duì)升高的操作溫度的敏感性，這會(huì)影響功效，顏色和壽命。另一個(gè)關(guān)鍵缺點(diǎn)是電流靈敏度。驅(qū)動(dòng)LED的電流必須保持在非常窄的范圍內(nèi);太低，設(shè)備無(wú)法正常照明，太高，效率迅速下降。

此外，LED是一種“點(diǎn)”光源，需要透鏡和光學(xué)器件才能在廣闊的區(qū)域內(nèi)漫射光線(xiàn)。 （從技術(shù)上講，LED是Lambertian發(fā)射器，意味著發(fā)射的光在某種程度上可以從不同角度漫射和觀察，但對(duì)于人眼來(lái)說(shuō)，光似乎來(lái)自非常小的區(qū)域。）

夾層有機(jī)物（碳基）兩個(gè)帶電電極之間的薄膜，一個(gè)是金屬陰極，另一個(gè)是透明（通常是玻璃）陽(yáng)極，形成OLED。當(dāng)施加電壓時(shí)，空穴和電子在發(fā)光層中復(fù)合并產(chǎn)生電致發(fā)光。

OLED已經(jīng)商業(yè)化用于顯示技術(shù)，因?yàn)樗鼈儼l(fā)出鮮艷的色彩，并且不需要用于照明的二次背光源（與傳統(tǒng)的LCD顯示器不同）。 OLED技術(shù)適用于更薄更輕的顯示器，因?yàn)樗巳魏伪彻夂拖鄬?duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。這些優(yōu)點(diǎn)甚至提供了柔性顯示器的前景，盡管這種形式的技術(shù)尚處于起步階段，尚未商業(yè)化。

直到最近，設(shè)計(jì)工程師更有可能遇到像Newhaven Display（圖1）這樣的公司制造的字符和圖形顯示器中的OLED，而不是商業(yè)OLED照明。但正如我們將很快看到的那樣，這種情況正在改變這些模塊具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸，可用作LCD（或真空熒光顯示器，VFD）模塊的兼容替代品。

圖1：字符和圖形型OLED顯示器是液晶顯示器的一種引人注目的替代品（圖片由Newhaven Display提供）。

OLED用于照明的優(yōu)勢(shì)

制造商已經(jīng)對(duì)OLED用于照明的前景感到興奮，因?yàn)樗鼈兲峁┝嗽S多優(yōu)于LED的優(yōu)勢(shì)。 OLED燈具不會(huì)發(fā)熱，因此不需要散熱和昂貴的散熱器等熱管理技術(shù)。冷卻運(yùn)行的OLED可以放置在LED不能（出于安全原因）的位置，例如直接對(duì)抗木材和塑料表面。例如，OLED可以嵌入家具中。

像LED這樣的OLED是Lambertian發(fā)射器，但具有更寬的視角，可擴(kuò)展至170°C。發(fā)光物質(zhì)可以?shī)A在一個(gè)大面板中，當(dāng)打開(kāi)時(shí)，它會(huì)被漫射，無(wú)眩光，高質(zhì)量的“暖”白光完全照亮（圖2）。當(dāng)面板關(guān)閉時(shí)，它們可以高達(dá)85％透明，或具有鏡子般的乳狀外觀。

圖2：OLED面板提供漫射，無(wú)眩光，高質(zhì)量的白光（由歐司朗提供）。

由于OLED基本上是塑料，因此面板薄而輕，可以模塑成幾乎任何形狀 - 使燈具設(shè)計(jì)師比以前更具創(chuàng)造性。它們不使用脆弱且昂貴的白熾燈泡或熒光燈管，常規(guī)LED的脆性硅或緊湊型熒光燈（CFL）的汞。 OLED面板的低重量和堅(jiān)固性使它們特別適用于每克重要的飛機(jī)和汽車(chē)。

OLED燈具可以制成各種顏色，并通過(guò)在運(yùn)輸和發(fā)光層中將小分子或聚合物與熒光和磷光染料結(jié)合在一起。制造商確保各個(gè)OLED像素發(fā)出嚴(yán)格控制波長(zhǎng)的光，有助于色彩再現(xiàn)和色域。 OLED在沒(méi)有任何預(yù)熱階段的情況下達(dá)到完全發(fā)光度，并且可連續(xù)調(diào)光，使其適用于任何類(lèi)型的環(huán)境照明。

最近，歐司朗憑借其“過(guò)山車(chē)”設(shè)計(jì)師燈具（圖3）展示了OLED可以做什么的一個(gè)例子。在這個(gè)燈具中，30個(gè)廣域光源各自具有180 x 65 mm的發(fā)光表面。該公司聲稱(chēng)，燈具的功效為20 lm/W，透射率（“透明度”）為57％，這是這種尺寸的OLED面板的首選。

圖3：歐司朗的Rollercoaster燈具采用OLED面板，功效為20 lm/W，透射率為57％。

比較照明性能

盡管有這些優(yōu)勢(shì)，但OLED仍然被認(rèn)為是主流照明的一個(gè)重要選擇，原因有三個(gè)：成本，壽命和功效。

白熾燈泡的發(fā)光成本約為0.001美元/lm，而CFL為0.01美元/lm，LED為0.02美元（這些估算僅考慮設(shè)備成本，不包括運(yùn)行，維護(hù)或報(bào)廢處理-costs）。商業(yè)OLED目前的成本約為1美元/lm或比白熾燈泡高出一千倍。 1

OLED的使用壽命與傳統(tǒng)光源相當(dāng)，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于LED。白色OLED在其輸出降低至原始輸出的約50％之前持續(xù)約10，000小時(shí)。相比之下，白熾燈泡的使用壽命為1，000小時(shí)，CFL則為12，000小時(shí)。 2 LED持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，白色裝置在褪色至原始亮度的70％之前至少存活50，000小時(shí)。通過(guò)回顧，LED行業(yè)認(rèn)為L(zhǎng)ED達(dá)到其原始亮度點(diǎn)的70％時(shí)已經(jīng)“達(dá)到其使用壽命的終點(diǎn)”（參見(jiàn)TechZone文章“確定LED額定壽命：棘手的挑戰(zhàn)”）。

在功效方面，OLED再次與傳統(tǒng)光源相比，但與LED相比效果不佳。上面的歐司朗產(chǎn)品等商業(yè)面板現(xiàn)在產(chǎn)量約為20流明/瓦，并且約30立方米/瓦（相當(dāng)于鹵素?zé)襞荩┊a(chǎn)品將進(jìn)入生產(chǎn)階段。白熾燈泡的產(chǎn)量超過(guò)10 lm/W，而CFL的輸出功率約為60 lm/W.

高亮度LED再次成為卓越的設(shè)備，商業(yè)產(chǎn)品通常具有超過(guò)110流明/瓦的發(fā)光效率。例如，Cree的XLamp XB-D系列可提供高達(dá)136 lm/W（350 mA）的功效，并可在1 A時(shí)產(chǎn)生高達(dá)289 lm的功率。歐司朗最新一代OSLON SSL的功效提高了25％與以前的版本。這些器件可以產(chǎn)生高達(dá)116 lm/W（350 mA）。首爾半導(dǎo)體最新的Acrich MJT系列可以產(chǎn)生129流明/瓦（20毫安時(shí)）。

更光明的未來(lái)

OLED相對(duì)于其他光源（包括LED）的固有優(yōu)勢(shì)正在確保該技術(shù)需要大量開(kāi)發(fā)資金。雖然OLED在成本，壽命和效率方面落后于LED，但仍有很大的空間可以快速改進(jìn)。僅僅十多年前，LED難以產(chǎn)生20流明/瓦的發(fā)光效率，與今天的OLED產(chǎn)量相同。

如果LED是一個(gè)指南，OLED將迅速變得更便宜，使用壽命更長(zhǎng)，并且顯示出更高的效率。在生產(chǎn)80流明/瓦的領(lǐng)先公司的實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)上已經(jīng)有OLED面板，行業(yè)觀察家預(yù)測(cè)三年內(nèi)100 lm/W的OLED照明。例如，松下公司報(bào)告了一種87 lm/W的白色OLED，其壽命超過(guò)100，000小時(shí)。 3

LED也將繼續(xù)改進(jìn)。 Cree最近宣布推出一款輸出功率為276 lm/W（相關(guān)色溫為4401 K，正向電流為350 mA 4 ）的器件，可能會(huì)保持領(lǐng)先于OLED曲線(xiàn)（圖4）一段時(shí)間了。

圖4：雖然傳統(tǒng)光源的功效有所改善，但LED和OLED并未顯示出放緩的跡象。 （松下提供。）

LED和OLED是互補(bǔ)而非競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)。對(duì)未來(lái)的預(yù)測(cè)充滿(mǎn)了危險(xiǎn)，但不難想象LED在家庭，辦公室或商業(yè)場(chǎng)所使用“工作”照明的世界，而OLED面板則用于裝飾性的家居和建筑照明，在光榮的拓?fù)渲羞@是今天無(wú)法創(chuàng)造的。