效率超越萤光灯管的白光OLED问世

2009年05月31日 16:05    嵌入式公社
关键词: OLED , 灯管 , 问世 , 效率 , 萤光
德国科学家开发出一种新型有机发光二极管(OLED),其产生的白光质量可媲美白炽灯泡,而其能效甚至大大优于荧光灯。该项研究的领导者、德国应用光学研究所的塞巴斯蒂安?雷内柯表示,该OLED原型也许将可成为显示器和普通照明的一个超高效光源,他们的远期目标是利用传统的低成本卷带式印刷术来装配这些器件。

近年来,许多国家都在寻求将白炽灯照明转换成紧凑型荧光灯,因为后者能节约更多的能量。也因为同样的原因,在显示器和普通照明中使用发光二极管(LED)也得到了人们的青睐。但是,无论是荧光灯还是LED 照明,其产生的白光质量一直有待改善。荧光灯因为缺乏红光会使人感觉不适,而目前市售的大多数白光LED会带一些蓝色,会使人感觉有些冷。

与此相反,OLED的制造材料来源广泛,要获得高质量的白光相对显得比较容易。就OLED来说,其面临的问题一直以来都不是白光质量,而是其能效。荧光灯的能效大约在每瓦60流明到70流明,白炽灯的能效大约为每瓦10流明到17流明,而到目前为止,OLED的最大报告能效是每瓦44流明。

德勒斯登科技大学及Novaled AG已经在实际发光设备上达到 90 lm/W 的发光效率,设备亮度为 1000 cd/m2,使用 3D 光萃取系统时甚至可以达到 124 lm/W。在最新出版的《自然》杂志上,雷内柯及其同事报告了一种能效可达每瓦90流明的OLED结构设计,其最高能效甚至可达每瓦124流明。

白光有机发光二极管 (OLED) 可望成为新一代的光源技术,其发光效率与传统光源相较之下可能会高出许多。由于白光 OLED功能独特、外型亮眼,它们将对光产业造成突出的影响。这类超薄的大面积发光设备可富弹性、调变光色,亦可为透明,甚至能以各种大小与形状现身,为照明设计师创造了全新的设计空间。在发光效率方面,萤光灯管为新发光技术设下的门槛为 50-70 lm/W (反射板功耗流失亦考虑在内),但德勒斯登科技大学与 Novaled AG 密切合作开发出的最新 OLED 已经明显突破此门槛。

德勒斯登科技大学应用光物理研究所 (IAPP, TU Dresden) 的物理学家 Sebastian Reineke 为本计画的领导人,他表示:“我们的方法结合了一种创新的能源高效发光多层设计与光外部耦合概念,藉此达成了本次突破。就算只使用平面可调外部耦合技术,这些创纪录的设备在发光效率方面仍可达 90 lm/W。如果使用特殊的 3D 外部耦合方式则甚至可达 124 lm/W。”以上数值是在基质边缘受封的积分球中测得,仅计算发散至前半球的光量,CIE 色坐标值则为 (0.41/0.49)。相关的一篇深度文章也在著名的“自然”研究期刊中于今日发布。

IAPP 的所长 Karl Leo 教授表示:“这些设备的潜力显而易见,就算在5,000 cd/m2 这般极高的亮度下,它们仍能达到 74 lm/W 的发光效率。因此高亮度与高发光效率是可能并存的。”

Novaled AG 的 CEO Gildas Sorin 表示:“这些成果尚处于研发阶段,未来还需做更多研究,比如说该如何达到商业使用上可以接受的产品寿命长度。”Gildas Sorin 又说:“但以上数值很清楚地显示这是一项重大突破,也让 OLEDs 得以登上主流发光应用的舞台。其中 Novaled PIN OLED 技术是一个关键,尤其在高效率与高亮度的结合方面最为重要。白光 OLEDs 将能帮助我们减少碳排放,而 Novaled 的掺杂调变光色技术在这个研发方向会扮演着关键性角色。”

研究人员对OLED的设计工艺进行了改进和完善。一方面,他们将连接发光材料的有机材料掺杂到它的金属触点,从而降低其工作电压。另一方面,他们用光学性能与器件衬底更为匹配的玻璃来制作器件的外表面。在传统结构中,大约80%%的光会损耗掉。

这种OLED的最新颖之处是器件内部不同发光材料的组织搭配。3种材料被用于各自发出蓝、绿和红光,其间还有主基质材料。诀窍是选择一种具有高“自旋态 ”的基质材料,它可与蓝光匹配,并夹杂在绿光和红光材料之间,如同是分离的主基质材料的一部分。这意味着,从红光或绿光材料逃逸的任何电子—空穴对(激子)将穿过蓝光材料,从而增加了转化为光子的机会。

不过,这种新型OLED的主要缺陷仍是其寿命。虽然飞利浦等公司已能生产出寿命与荧光灯相同的OLED(超过1万小时),但具有更高效能的材料往往其寿命无法持续这么久。目前,雷内柯的OLED器件的寿命仍只能达到短短的几个小时。

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