OLED照明的发展正日益茁壮。由于OLED照明具有平坦式发光,且不伤眼的优势,因而吸引面板、材料和设备业者相继投入发展,并积极研发新材料、设备与制程方案,其克服材料劣化与大尺寸发展挑战,进而瓜分照明市场庞大商机。
有机发光二极体(OLED)在2009年仅有5亿美元市场规模,但后续几年却不断吸引业者投入资金发展,着实耐人寻味。事实上,OLED之所以掀起开发热潮,部分原因是可用在手机萤幕上,如三星(Samsung)Galaxy系列产品;手机萤幕的导入助长OLED营收于2011年攀升至30亿美元,并于2012年达到60亿美元,到2014年接近140亿美元,未来OLE市场具有更大的商机。
除手机萤幕与电视显示屏外,照明亦是OLED另一个极有潜力的应用,虽目前OLED照明只占整体产值的一小部分,但庞大的潜在照明市场将有望为OLED业者带来新的营收契机?
LED效能和成本占尽优势,OLED照明还须时间发展
以LED固态照明改善传统照明的方式已得到业界诸多关注,因而也引发OLED未来如何切入照明市场的质疑,大多数人认为OLED会直接和LED技术竞争,意味着OLED须克服目前与LED相比极大的效能及成本差距。
现阶段,LED照明发光效率为110每瓦流明(lm/W),而商用OLED产品最多达到60lm/W;至于成本方面,LED技术成本差不多是5美元/千流明(klm),OLED则约350美元/klm,足见两种技术在照明应用的发展上仍有一段明显差距。如此一来,OLED技术势必要利用其光线不刺眼、灯具尺寸可做大且平坦化的独特优势,才能顺利抢占照明市场一席之地。
相较于标准LED和其他灯源均需要遮光物覆盖强光,可能造成视力减退的问题,OLED发光源不须遮蔽即可提供照明,是还在发展中的另一个照明未来;此外,OLED可使用许多不同样式的材料组合及结构,在发光效能上有机会大幅跃升。
目前OLED制造商已透过提高驱动电流的方式增加功效,但代价是元件寿命将变短;同时,藉由串联堆叠OLED结构亦能提升发光效率,如将两个不同结构在沈积过程中堆叠在一起,以同样电流驱动将产生几乎强两倍的光。如此一来,相关业者亦可选用较低电流驱动堆叠型OLED面板,可产生同样的光度并增加可靠度,克服因调高电流而影响OLED寿命的问题。
OLED照明虽有发展潜力,但若被视为LED在照明市场的直接对手,效能和成本差异可能让OLED在可预见的未来出局。然而,在OLED照明技术和灯具设计迭有进展的情况下,两种固态照明技术还是有必要同时存在,这跟OLED是否要和LED竞争,或是不是更好的技术没有关系,因为两者锁定的应用并不完全相同。
考量成本及发光效率以外的技术差异,如果OLED完全达到与LED相同的水准,将会是很大的成就。一般来说,商用LED产品有20~25年保证寿命,OLED则仅有5~10年,主因系OLED中某些材料销蚀的速度比其他材料快,颜色也会改变,这在一些工业或汽车应用上令人无法接受。
材料成本和阻隔层设计成OLED突破重点
OLED材料的销蚀是因为有机材料层对氧气及湿气很敏感,须采用渗入阻隔层(PermeationBarrier)小心包覆及保护,这对OLED面板的弹性设计将形成严重挑战,目前制造商很难做出具成本效益,并兼顾透明、可弯曲,且在制造过程中可耐高温的渗入阻隔层。
现阶段,100%的商用照明OLED使用玻璃做为薄膜层的基板,并放上一片玻璃板,当做物理保护层及水分/氧气阻隔层(图1),然而,即便采用这些元件,OLED有机材料还是会在高温环境中销蚀,此一情形在车规温度85°C以上的加速压力测试将造成问题。
另一方面,对具传统照明背景的制造商来说,难以用OLED专业技术做照明设备,因此OLED业者也须提出对策,克服用在照明的商业及技术挑战。尤其现在OLED面板和传统照明设备制造商各自为政,短时间内OLED将很难渗透照明市场,未来可能的解决之道是由OLED面板制造商生产自己的照明设备,由技术推动商用化,而非采取传统的行销策略。
但另一个挑战是如何减少OLED制造支出,从商用OLED面板成本细项中可发现三个主要问题。第一,OLED制造良率很低,制造商在高良率制程上没有足够控制能力、技术或经验;第二,建构OLED生产线的成本很大,例如欧司朗(OSRAM)已投资2,000万英镑在德国雷根斯堡(Regensburg)的OLED试产线。第三则是材料和设备成本高昂,OLED产线成本居高不下主因为这是新兴技术,因此没有标准设备。
由于每一条OLED试产线须时好几个月建置,因此设备制造商也要分担费用。虽然OLED制造商声称改用超薄层,可抵销复杂分子材料的高成本,但多数分析师皆认为只说对了一半,因材料成本和制造及发光面板内的材料有关,大部分生产用的材料是沈积于反应器壁上或根本就没沈积,造成材料浪费。
无论如何,OLED照明具有一定的应用优势,且制造技术未来还有很多改善的机会,因此,YoleDeveloppement预测未来2年OLED成本可望降到目前的三分之一水准,主要是业者导入更新世代的生产设备,将更大的母玻璃基板用于沈积反应器中,提升量产效益。目前制造商最常用47cm×37cm的第二代母玻璃板,可产出几个标准10cm×10cm的OLED发光面板。
供应链全力扶植大尺寸OLED商用可期
未来母玻璃和OLED面板成品将持续朝大尺寸方向演进,主要考量10cm×10cm分OLED面板不足以照亮一个房间,可能要十片或更多片,将导致每片面板将产生额外成本,如裁切及所需的连接组件,如果只是一片较大面板,那些制造成本自然会减少。