半導體照明是半導體技術在引發微電子技術革命之后,又引發的新一輪產業革命照明革命,其標志就是用半導體照明光源逐步替代傳統照明光源,如白熾燈和熒光燈。由于半導體照明技術巨大的節能效果及商機,包括我國在內的世界各國都紛紛制訂發展計劃,加緊對半導體照明技術科研和產業投入。
美國、歐盟、日本、韓國等國家不斷推出大型研發計劃,加大投資力度,一些國家(例如美國)已將固態照明提升到國家戰略的高度。固態照明目前有基于GaN半導體器件為主的LED技術及OLED兩條技術路線,基于GaN器件的LED白光技術已經取得了商業上的巨大成功,但離全面取代熒光燈還有相當長的距離(美國的國家計劃是設定在2025年);OLED技術初期的發展是以顯示技術為主要方向,并已經在移動通訊的小尺寸顯示屏上取得商業成功,但在白光照明的應用上目前還處于研發階段。由于OLED具有材料來源廣泛,有可能采用全印刷制備,價格可能極為低廉,其發光效率近年又大幅提高,使OLED在白光照明器件中應用的可能性越來越大。
過去十年間,白光OLED的性能取得了長足的進展,發光效率超過20lm/W,已經超過傳統的白熾燈的發光效率(12~17lm/W)。近年的報道還表明,基于小分子材料的白光發光器件的效率甚至超過節能熒光燈的效率(40~70lm/W)。2004年GE Global Research成功研制出24英寸見方的白光照明用平板器件,其效率在亮度為1200cd/m2時達15lm/W;2006年美國普林斯頓大學Forrest團隊制備了一種新結構的白光器件,這種結構能夠控制器件中的單線態和三線態激子的傳輸,從而使器件中單線態和三線態摻雜客體和母體之間的能量轉移互相不受影響,極大限度地降低了能量損失,器件的最大效率達37lm/W,顯色指數(CRI)為85。2008年,日本山形大學Kido團隊通過在器件中引入同時具有高遷移率和高三線態能級的載流子輸運材料,使各個有機層的能級呈階梯狀的分布以有利于載流子的傳輸,制備了前向功率效率達到53lm/W(總功率效率可達到100lm/W)的全磷光白光器件。
2008年6月,美國Universal Display Corp.(UDC)在其網站上宣布,其有機小分子白光發光器件在1000cd/m2的亮度下,功率效率達到102lm/W,接近2006年3月日亞化學工業公布的白色無機LED發光效率的水平。2009年,德國Karl Leo研究團隊在Nature雜志發表文章,報道通過改進器件結構降低功耗,同時采用高折射率的玻璃基質來提高輸出耦合效率,獲得了超過熒光燈效率的白光發射器件,其最大的功率效率達到124lm/W(亮度1000cd/m2)。2010年,UDC借助于其開發的新天藍光磷光材料,制備了效率可達109lm/W(1000cd/m2),且在低亮度100cd/m2下更高達136lm/W,這是迄今為止報道的白光OLED的最高效率。
我國在白光OLED技術方面也取得很大的進展,比如長春應用化學研究所,清華大學等科研單位、院校在基于小分子材料的白光OLED方面,取得了接近或者超過熒光燈功率效率的進展;華南理工大學主要采用溶液加工法來制備高分子基的OLED照明器件,目前也取得了40lm/W(總功率可達50lm/W),處于國際同類器件的最好水平之一。
由此可見,OLED白光技術目前正處在大規模應用的前夜,產業化在全球范圍均處于起步階段。目前全球加入基于白光有機發光器件研發的廠商合計有100家以上,如三星SDI、LGD等廠商;材料開發商有柯達、劍橋顯示技術公司、杜邦顯示等;設備制造商有日本真空等。蘋果、諾基亞、索尼愛立信、IBM、佳能等廠商已經推出一些白光OLED產品。
照明產品方面,2008年3月Osram公司率先制造出第一款OLED照明產品“Orbeos”,這款產品尺寸為100cm2的OLED照明燈具,顯色度指數(CRI)為80,色溫2800K,功率效率近50lm/W,亮度在1000cd/m2下能夠連續使用5000小時以上,開創了白光OLED照明產業的先河。2009年開始,飛利浦、歐司朗、日本的Lumiotec、北京維信諾等都在市場上相繼推出了OLED照明屏產品,市場上也有一些廠商推出了OLED應用燈具產品。但目前這些產品都還屬于試銷性質,價格相對較昂貴。