LED、OLED及QLED照明技术现状与发展

1、LED、OLED及 QLED照明技术现状与发展趋势据年月日消息，美国知名芯片制造商宣布其白光大功率芯片光效获得突破， 达到 / . 光效大于 / ，这意味着：第一，基本上在传统照明领域的“灯”有了可替代并节能率达标的产品；第二，所谓专业领域光源的“需求”上升通道“阻碍”解除；第三，技术上的“光效”极限论被打破，在主要技术上已没有悬念了。目前，照明技术已经逐步应用于车灯、室内灯饰及室外显示照明。凭借着汽车的巨大产能，车灯市场面临着巨大的发展潜力，室内装饰灯市场是的另一新兴市场。通过电流的控制，可以实现几百种甚至上千种颜色的变化。在现阶段讲究个性化的时代中，颜色多样化有助于装饰灯市场的发展，小尺寸

2、背光源市场放缓，中大尺寸将成为新关注点。背光源的主要技术和发展趋势日益明晰， 市场随 / “拐点”出现而爆发， 大尺寸背光市场正式告别“将来时”。室外显示方面，显示屏已经广泛应用到车站、银行、证券、医院等场所，在需求量上，显示屏仅次于指示灯名列第二，占到整体销量的 . 景观照明市场主要以街道、广场等公共场所装饰照明为主，推动力量主要来自于政府。江苏把行业作为新兴绿色行业大力扶持，引进了多个大型企业，已形成了完整的产业链。常州质检所成功申报国家半导体照明质检中心。从事半导体照明技术及产品研发、生产和应用的企业数量正在逐年增加，产业规模也在逐年递增。已成为芯片生产、封装和照明产品国内主要的生产与供

3、应基地。我国产业的整体技术实力不强，仍处于起步阶段，中小企业对技术人才需求强烈，企业规模普通偏小。但产业已经引起了国家的高度重视，国家中长期科学和技术发展规划纲要将半导体照明产品明确列为“重点领域及其优先主题”，提出“重点研究高效节能、长寿命的半导体照明产品”。国家发展改革委也启动了十大重点节能工程，其中绿色照明是重要的一个方面。在整个照明领域，我国是世界照明电器第一大生产国、第二大出口国，半导体照明产业有很强的产业基础。因此，未来我国将面临巨大的发展机遇。1 发展中需要解决的主要技术问题与发展趋势（1）散热结构设计上有待进一步突破和提升由于的发光效率随着温度的升高而下降，所以散热是大功率灯需

4、要重点解决的问题之一。大功率灯亮度要求高、发热量大，并且使用环境本身比较苛刻，如果散热不良会直接导致快速老化，稳定性降低。（2）驱动电源设计难度大，电路涉及的问题复杂恒流驱动设计方案目前最基本的是利用线性或开关型 / 稳压器结合反馈电路来恒流驱动 . 在大功率灯具设计中， 主要采用开关电容型驱动方案，其优点是两端的电压较高、流过的电流较大，从而可以获得较高的功效及光学效率。因而在大功率驱动中得到了广泛的应用。 大功率路灯虽然是恒流驱动，冷态上电瞬间过高的起始峰值电压，很有可能将击穿或断开；所以驱动电路除了做到恒流外，电路故障率高，目前发现的有瞬间击穿现象，单颗短路击穿以及单颗开路击穿，则会造成

5、整串灯死灯现象。所以面临复杂的工况，驱动电路设计时必须考虑以下几个问题：）电源必须具有高可靠性，高效率驱动，具有高功率因数；）电路要有浪涌保护。抗浪涌的能力是比较差的，因此驱动电源有抑制浪涌的侵入，保护不被损坏的能力。电源除了常规的保护功能外，最好在恒流输出中增加温度负反馈，防止温度过高；）电源要具备其它电气性能，要防水、防潮。（3）二次光学设计难度大，可发挥的空间有限照明属于点光源，因此其光学设计，包括初级透镜或反光装置的设计和二次光学的设计等是一大应用难点。（4）价格高、标准缺失阻碍产业发展作为一个新兴产业，成长之路不是一帆风顺，最大的烦恼是成本居高不下。同时，行业因为相关行业国家标准不全

6、，出台的相关行业国家标准贯彻不力，即使政府准备发补贴，都没有标准可参照。欧盟、美国都在积极推动照明能效要求的制定工作。欧盟对非定向灯的强制性能效要求已于年月正式生效，对定向灯的最低能效要求也将在近期出台。美国“能源之星”提出了整体式灯的能效规范， 对整体式灯的光效、光通、光强、色温、现实性、包装、噪音等指标进行严格限定，并由年月日起开始生效执行。由于受国外技术性贸易措施影响，行业成出口“碰壁”高发产业。目前，我国产业的市场在海外，要想在激烈的竞争中谋求发展，企业必须高举技术创新大旗，严格执行相关国际标准，形成产业联盟，“组团”共同应对专利风险和其它技术性贸易壁垒。（5）的发展趋势在向高光效、大

7、功率功能性照明的方向发展的过程中，遇到的一个主要问题是提高光源的质量，减少光源的眩光效应，提高其显色指数和色温，同时还必须有效提高其使用过程中的可靠性和稳定性，在低成本和长寿命之间进行合理的折中，即不一味追求其长寿命。目前，作为功能型照明的产品还不够成熟，技术上还存在一些亟待解决的问题，用户对产品还不够了解，除了政府有关部门、少数事业单位和少数追求新奇的顾客之外，主动购买产品的人较少。由于产品生产批量小，制造成本高、广告费用大，造成产品售价较高，销售量有限，造成企业的盈利空间被压缩。是国家推广的高效照明产品之一。的应用应扬长避短，近期在非功能型照明领域里还会继续发展，但、的快速发展是对的最大威

8、胁与挑战。2 技术与产业发展态势分析（，有机发光显示）是指有机半导体材料在电场作用下发光的技术，为全固态结构，主动发光，无需背光源。它被业内人士称为“梦幻般的显示技术”，是最有发展前景的新型显示技术之一，也是国际上高技术领域的一个竞争热点。与相比，它具有许多优点，如高亮度、高对比度、超轻薄、响应时间短、无视角限制、低功耗、抗震性能好、工作温度范围宽、能实现柔软显示。根据驱动方式不同，可分为两种，一种是无源驱动型（），一种是有源驱动型（）。目前，全球范围内小尺寸技术已经成熟， 产品主要应用于消费类电子 （手机、）、金融信息、工控仪表、金融信息产品、医疗器械、职能监控系统等，预计未来全球的出货量将

9、维持在约万支。显示市场也呈现出强劲的发展势头，中小尺寸的技术现在正在成熟。诺基亚、三星等多家企业已推出了多款屏手机，索尼、也都相继推出了其电视。三星行动显示（ ）部门科技长 指出，可望在年成为大尺寸电视机的主流技术。表示，主动矩阵式可望继、技术之后成为电视机市场的成长动能来源，届时采用的生产线将由目前的代跃升至代。在行动显示应用方面，预估的渗透率将由2011 年的跳升至年的.由于具有可大面积成膜、功耗低等特性，还是一种理想的平面光源，在节能环保型照明领域具有广泛的应用前景。随着技术的不断成熟，照明市场现在已经开始启动，国外三大照明公司、都有照明的量产计划。根据权威市场调研机构 年发布数据预测，

10、预计到年在显示领域的产值将达亿美元，在照明领域的产值将达亿美元。实现大尺寸技术的突破和产业化是未来产业发展的趋势。目前，全球技术较为发达的国家和企业都给予了产业发展充分的重视。日本、韩国等国政府都给予了本国产业巨大的支持。全球显示领域的主要企业，如三星、索尼等均对技术及其未来应用十分重视，投入巨资进行技术和产品开发并取得了初步的成果，试图通过掌握核心技术来推动本国产业的迅猛发展。我国政府现在也给予了该项产业发展一定的关注和支持。在“国家中长期科学和技术发展规划纲要（ 年）”中，明确将“开发有机发光显示等平板显示技术为优先主题”。国家电子信息产业调整和振兴规划指出，未来年，要“突破新型显示产业发

11、展瓶颈。统筹规划、合理布局，以面板生产为重点，完善新型显示产业体系。逐步掌握显示产业发展主动权”一系列相关政策、法规的出台，为我国产业的发展奠定了良好的政策基础。在过去几年里，我国技术研究水平上升很快，介入的企业也越来越多。一批科研院校和企业通过不断创新，实现了多项技术的突破，我国在多项关键技术方面都达到了国际先进水平，依靠自主掌握的技术实现了产业化，改变了我国、液晶依靠技术引进实现产业化的局面，为我国显示产业发展提供了新的机遇。2.1的发光原理（见图1）的基本结构是由一薄而透明具半导体特性之铟锡氧化物（），与电力之正极相连，再加上另一个金属阴极，包成如三明治的结构。整个结构层中包括了：空穴传

12、输层（）、发光层（）与电子传输层（）。有机发光二极体的发光原理和无机发光二极体相似。在一定电场驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子发射层和空穴导电层，并在发光层中相遇，形成的激子最终导致可见光的发射。2.2的技术优势（）高光效，目前已达l /W，预计可达 l /W 以上；（）环保、不含汞、无汞污染；（）工作时产生的热量低；（）耗电量少；（）反应速度快；（）抗震动、耐冲击性能好；（）视角广；（）重量轻，厚度薄，为平面型，可以卷起来；（）制造工艺比较简单，易于大规模生产；（）应用比较简单方便，成本低。的特点是进入平板显示市场的基础。随着的技术优势被不断发现和深入挖掘，技术不断向前发展。的技

13、术优势主要来自主动发光以及固态显示两个方面。其中，主动发光不仅使能耗降低、显示效果更完美（与其它平板显示技术相比，发光效率高、响应时间短、视角范围大、图像稳定、亮度高、色彩丰富、分辨率高），而且使显示装置厚度变薄、重量减轻；固态显示不仅使得低温特性变好，而且提高了抗震性，从而可胜任更为恶劣的工作环境。2. 的主要技术问题与其它平板显示技术相比，目前的技术还存在许多需要改进的地方，主要表现在三个方面：（）产品的寿命相对较短；（）的色彩纯度不够；（）大尺寸的实现量产比较困难。解决的技术问题是占领平板显示市场甚至取代其它显示技术的关键，已成为平板厂商技术研发的重点。2. 的应用领域技术发展到一定阶段

14、以后，其应用将集中在具体应用领域。技术的应用领域非常广泛， 涉及的技术领域也很多。 例如，技术可以应用于商业领域 （包括机、机、复印机以及游戏机等）、通信领域（包括手机以及移动网络终端等）、计算机领域（包括、商用、家用以及笔记本电脑）、消费类电子产品领域（包括音响设备、数码相机、便携式以及其它音视频播放器等）、工业领域（包括仪器、 仪表等）、交通领域（包括全球定位系统以及飞机仪表等） 以及军事领域 （包括坦克以及飞机等现代化武器的显示终端等）。2.5的发展趋势技术正处于一个发展与调整的关键时期，目前面临的状况类似于世纪年代上半期的 . 技术在世纪年代末开始研制， 但是由于基板制造及生产技术没能

15、完全突破，产品迟迟进入不了市场。日本参与的企业处于全面亏损状态，当时只有极少数公司坚持将延续，并最终取得了成功，世纪年代末，日本的企业开始大幅度获利，进而推动了全球产业的大发展。韩国、中国台湾地区世纪年代中期才开始进入产业，但他们摒弃了日本厂商的保守观念，在引进日本技术的基础上抓住机遇，大胆创新、大胆投入，最终超过了日本。目前正处于产业化技术完全突破的前期，在的打压下，市场进入速度减缓，大部分企业处于亏损状态，许多企业退出竞争。但是一批有远见的企业却正在抓住机遇，加大研发和投入的力度，使市场出现了明显的转机。如果能抓住这个历史的机遇、快速发展，就能在不久的将来成为强国。3 量子点发光二极管技术

16、综述与发展近几年，随着全球能源危机以及人们节能环保意识的逐步增强，大量节能环保材料走进了人们的生活。发光二极管（）因耗能低、产热少、寿命长等优点正逐步取代传统的照明材料，成为新一代的照明光源。目前，荧光粉发光材料已经被广泛地应用到照明和显示技术中，但是荧光粉的光衰大、颗粒均匀度差、使用寿命短，仍然不是最好的发光材料。有机发光二极管（）也是目前新一代的研究热点，但其在高温环境下高分子涂层易老化，使用寿命也受到一定影响。量子点比荧光粉的发光效率更高、使用寿命更长、颜色的纯度更好，成为目前新型发光材料的研究热点。量子点材料是通过镀膜法将纳米量子点均匀地涂覆在电子传导层和空穴传导层之间，通过改变量子点

17、的种类和尺寸来控制材料发射光谱的范围，展示了量子点技术在领域的发展空间。3.1量子点的概念及光学性能（见图2）量子点材料是一种尺寸为的半导体团簇，又称为半导体纳米晶体。量子点有一个与众不同的特性：每当受到光或电的刺激，量子点便会发出有色光线，光线的颜色由量子点的组成材料和大小形状决定，这一特性使得量子点能够改变光源发出的光线颜色，让光线变得更柔和更高效。目前，研究的量子点材料大部分由族或族元素组成。量子点的应用主要是基于其特殊的光学性质，量子点的结构特性和荧光机理使其荧光性能较好。（）量子点纳米颗粒具有良好的线性光学性质，主要体现在发射峰窄、吸收峰宽。由于量子尺寸效应导致其能隙增大，量子点材料

18、的吸收光谱易发生蓝移。同时，电子空穴对的运动受限，使得电子空穴对之间的波函数重叠增大，导致激子吸收增强。（）量子点荧光材料非常稳定，可以经受反复多次的激发，具有较高的发光效率。由于量子限域效应，量子点激发波长的范围很宽，可以被波长短于发射光的光波激发，并且极易产生非线性现象。（）量子点荧光材料的发光性质可以通过改变量子点的尺寸来加以调控。通过改变量子点荧光材料的尺寸和化学组成可以使其荧光发射波长覆盖整个可见光区。量子点发光材料量子点的种类很多，如、等，不同元素组成的量子点材料的发光范围不同。量子点的合成方法主要有水热法、热胶体法以及热注入法等。量子点材料按照其荧光吸收范围可划分为红光量子点、蓝

19、光量子点、绿光量子点。同时，已经有研究表明，三原色量子点材料经过复合可用于制备白光 .（）具有与聚合物发光二极管（）类似的器件结构和可溶液加工的特点，其发光层由半导体量子点（）胶体溶液旋涂制成，因而具有与同样的制备过程，具有简单、成本低、可制成柔性器件等优点。同时，与相比，还具有发光色纯度高（发光半峰宽窄）、发光颜色可通过控制量子点尺寸大小进行调节等突出优点。除此之外，还是半导体纳晶的一个重要应用领域。因此，对的研究受到了薄膜电致发光器件和半导体纳晶研究工作者的极大关注。3.2量子点发光二极管的研发现状这些年来，随着科技的发展，纳米技术已是在等行业取得了一定发展。但与其广阔的应用空间相比，纳米

20、科技依旧处于发展初期。从实验室突破到市场的纳米技术屈指可数。但在科技创新屡见不鲜的今天，应用于照明的量子点技术并不那么遥远。当几个麻省理工的毕业生于年创健 时，很少人会想到它能够在短短年时间里取得项技术专利，并得到美国能源部和国防部的大力资助。据说美国总统奥巴马 2010 年造访麻省理工时还特意向公司高层详细询问了量子点技术的进展。 和美国照明设备公司 合作生产的首批商用量子点灯是一个让人期待的产品， W的功率即可达到 W白炽灯的光照效果 （荧光灯大致需要 W），但其寿命却是后者的倍以上（见图3图 4）。公司将与韩国显示器公司、比利时化学品公司合作，研发和制造这种新的有源矩阵显示屏。公司将提供

21、量子点技术，而则负责产品生产。并非唯一一家研发量子点显示屏技术的公司，位于美国硅谷的公司也在研发相关新产品，其产品中的一个液晶显示屏背光灯上有很多量子点，以提高能效和色质。我国在科技部项目和国家自然科学基金委创新群体和重点项目的支持下，中科院化学所有机固体院重点实验室的科研人员与美国 公司以及美国宾州州立大学合作，在半导体量子点发光二极管（）的研究方面也取得重要进展。化学所有机固体室的研究人员使用美国公司制备的高质量的具有核壳结构的 / 和 / / 纳晶量子点， 同时使用聚三苯胺（）为空穴传输层、八羟基喹啉铝（）为电子传输层，通过调节量子点尺寸以及通过器件结构和各层厚度的优化，制备了可发红、橙、黄、绿四种颜色光的器件（见图），其最大亮度分别达到（红光）、（橙光）、（黄光）和（绿光）/ ，分别为各色光文献报道的最高值。同时，这些 S还具有较低的启亮电压（ ）、改进的效率（ / ）、高的色纯度（电致发光谱半峰宽约）和较长的