OLED照明市場趨勢分析與研發現況介紹(上)
材網編輯室/ 2012.12
發光面板的產品雖然不斷進化，但市場仍不見出現擴大。OLED照明目前還停留在漫長的助跑道上。不過，近來終於出現起飛的跡象，打破這個僵局，起因在於大型製造商的加入，以及於發光效率接連不斷地發表技術革新所致。很多製造商紛紛確立了目標，預計於兩年之內發光效率將超過高效率螢光燈，達到
100lm/W，並且在三年內使全面照明器具的發光效率與LED照明相當，達到130lm/W之目標。
白光OLED照明的起飛，亦即正式普及的日子已近在眼前，圖一所示為各公司所推出的最新面板產品。而OLED照明發光面板從開始販售距今已有三年的時間，不過至目前為止，即使是導入了量產線的製造商，也因為面板以及照明器具的市場不見擴大，而持續處於停工的狀態。原因有很多，最大的原因在於產品的價格居高不下，每100平方公分面板的售價高達1萬~數萬元日幣不等。在價格方面若產品進入量產，自然價格會降低，不過各家製造商都無法跳脫「先有雞還是先有蛋」的思考模式。因市場太小，以致無法降低量產的風險，結果就陷入了價格居高不下、市場無法擴大的進退兩難困境。
不過，於近期出現了幾個有機會打破這種困境局面的變化，例如：用於智慧型手機的小型OLED螢幕市場出現擴大，而55吋的大型電視面板也販售在即。在此趨勢之下，材料與製造設備的低成本化效果，將有可能嘉惠於OLED照明領域。除此之外，技術研發也順利地推展進行中，OLED照明的發光效率達到大幅地提升。在此背景之下，大型企業開始冒著風險進行量產的投資，此舉也逐漸改變先前的停滯狀態，實際導入OLED照明的利用者也有增加的趨勢（圖二）。
圖一、各家公司推出的最新OLED照明面板（a）Lumiotec；（b）Panasonic
推出的87lm/W面板；（c）Konica Minolta Advanced Layers的可撓曲面板；（d）住友化學；（e）荷蘭Royal Philips Electronics；（f）ASON TECHNOLOGY；（g）應用三菱化學研發出之面板所製作的椅子。
圖二、OLED照明開始導入
基於上述的動向，市調公司預估全球OLED照明的市場至2018年將達40~60億美金的規模（圖三），將與現行的OLED顯示器的市場規模相同，推估今後的市場將持續擴大。依據市調公司美國HIS Electronics &Media（原韓國Display Bank）表示，「OLED照明首先將從高級住宅開始普及，之後會持續擴展至醫院、店面以及辦公室」。
圖三、OLED照明市場規模今後將逐漸擴大
大型製造商正式跨足OLED照明領域
有不少企業為了擴大OLED照明市場，而全面展開行動，東芝集團就是其中一個例子。該公司將OLED照明定位為照明業務的支柱之一，並且展開公司重整。具體來說，該公司在2012年10月1日合併了東芝照明公司（TOSHIBA LIGHTING）以及HARISON照明公司（ HARISON TOSHIBA LIGHTING），並計畫於2014年啟動OLED照明的事業。
在更早之前就致力於OLED照明事業化的公司，尚有荷蘭的飛利浦公司（Royals Philips Electronics）以及德國歐司朗公司（OSRAM）。這兩家企業也開始加速技術研發及產品化發展。例如：飛利浦公司於2012年10月推出了售價2990歐元的「LivingShapes」產品。新產品利用64片OLED照明面板，係一款附有紅外線感測器的牆壁照明兼鏡子的產品。從遠處看是牆壁照明，但當人靠近之後，部分照明就會關閉，轉變成鏡子（圖一e）。
2012年3月韓國LG Chem公司也正式發表將跨足OLED照明事業。該公司於OLED顯示器方面，先前就持續供應顯示器用途的OLED元件材料給韓國LG
Display等公司使用。LG Chem公司的高層表示，「可以在顯示器與照明器具上提供幾乎相同的材料並使用，是我們公司的優勢強項。」
紛紛以發光效率超過100lm/W為目標
各大廠商改變原本觀望的態度轉為跨入市場，其關鍵在於LED技術的研發出現進展，並且有望實現超過100 lm/W的高發光效率（圖四）。發光效率若可超過100 lm/W，OLED作為主要照明的用途將可一舉增加。因為由發光效率的觀點來看，可超越高效率螢光燈，在包含照明器具等發光效率（器具效率）方面，就可以與很多的LED照明展開競爭。
圖四、OLED照明面板發光效率開發Loadmap
(2012年的數值為實測值，預估至2020年將超過200 lm/W)
東芝公司於2012年5月的「SID 2012」國際研討會中，發表了一款尺寸8*7 平方公分，發光效率達到91 lm/W的高發效率OLED面板，該成果震驚了其他公司的相關技術人員。在發展藍圖（Roadmap）方面，各家製造商也紛紛展開競爭。例如：飛利浦於2012年2月所發表的發展藍圖揭示，預計於2015年17公分見方OLED照明面板的發光效率將達到90 lm/W，於2018年40公分見方的大型OLED面板的發光效率將達到130lm/W。企業的發展藍圖，可視為企業的發展目標。不過，僅在一個月之後，LG Chem公司又發表了更遠大的目標，預計於2015年將推出20公分見方且發光效率達到135 lm/W以上之OLED照明面板。
發光效率超過LED
繼發光效率超過100lm/W之後，130 lm/W即成為各家製造商的下一個努力目標。日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）表示，因為130lm/W的規格除了是一般螢光燈兩倍的發光效率之外，同時其器具效率也與LED照明的水準相當。
然而，130lm/W充其量也只是照明發展中的一個過程而已。OLED照明的發光效率還會進一步提高，以燈具效率來比較，推估OLED照明將是所有照明技術中發光效率最高的技術。中國First O-Lite的執行長表示，「白光OLED發光效率的理論極限為248lm/W，與白光LED光源260lm/W的數值相當接近」。也就是說，於器具效率方面，OLED照明可能是所有照明中最高的。
而實際的發光效率也可能接近200 lm/W，依據市調公司HIS Electronics
&Media的調查結果顯示，預估於2019年發光效率達到200lm/W的OLED照明面板將問世。美國能源省（DOE）也將190lm/W訂為OLED照明技術研發的最終目標。OLED材料製造商美國Universal Display Cotp.（UDC）也表示，目前雖沒有具體的實現時間，但發光效率180lm/W是比較接近現實的目標。
提高發光效率接連獲得突破
雖然將欲實現的目標值訂得很高，但目前市面上供貨的OLED照明面板的發光效率卻仍有待提升。目前全球的最高值是LG Chem公司所推出的產品，發光效率達到60 lm/W。於日本的產品當中，以Konica Minolta Holdings所推出的「Symfos」產品之45 lm/W為最高，其他產品大多只停留在30 lm/W左右。
上述所提及的產品雖然與設定的目標有很大的差距，不過近來發光效率大幅改善，有了很大的突破（圖五）。尤其在以下三個方面獲得很大的進展。（1）改善光取出層的光取出效率；（2）透過抑制表面電漿子（Plasmon）共振，以提高光取出效率；（3）提高藍光發光材料的效率。
上述（1）、（2）點所指的光取出效率，意即在OLED元件內部所發生的光子中，可以提取到元件外部之光子比例。若沒有特別在元件的這個部分下功夫的話，所發出的光約只有20%可以提取至外部，剩餘約80%則是以熱能型態散逸。因此，提高光取出效率，是改善OLED照明發光效率的重要課題。
圖五、改善發光效率的幾個突破點
於提高光取出效率的技術方面，日本金澤工業大學的研發團隊於2009年即發表了重要的技術，技術內容係在元件的表面，設置折射率高達2的玻璃層，以及由微透鏡陣列（Micro Lens Array）所構成的光提取層，這樣就可以獲得很好的效果。但是，高折射率的玻璃層，存在著價格非常昂貴的課題。
2012年Panasonic公司著眼於折射率高達1.7~1.8的聚萘二甲酸乙二酯（Polyethylene naphthalate；PEN）樹脂的應用，相較於價格昂貴的高折射率玻璃，其價格便宜非常多。此外，於SID 2012中發表，在PEN薄膜的表面設置微透鏡陣列與玻璃之間加入空氣，就可以大幅地提高光取出效率（圖六）。
利用該技術可提取出的光效率為42%，約是原本的兩倍。於發光面積25平方公分的OLED照明面板可達到87 lm/W，1平方公分的OLED元件達到101 lm/W，作為白光且薄型元件的研發，這是全球首創超越100lm/W的新記錄（圖一b）。Panasonic核心技術研發中心總監表示，「高發光效率的重點，在於高折射率的PEN與折射率1的空氣之間，出現了巨大折射率差異所致」。（待續）
圖六、透過改善元件的表面端將提高光取出效率2倍
※本文承日經BP社Nikkei Electronics 雜誌授權轉譯，特此深謝。原文著作權為Nikkei Electronics所有，禁止轉載。Nikkei Electronics 為數位時代的電子、資訊、通訊技術綜合雜誌，更多豐富、精彩內容，請上：https://www.doczj.com/doc/c67934294.html,/?cat=110
資料來源：NIKKEI ELECTRONICS 2012.10.29