张天翼 顾 磊

(1.中国电子信息产业发展研究院，赛迪顾问股份有限公司，北京 100048;2.麦肯锡咨询 (上海)有限公司，上海 200020)

1 引言

随着照明技术的不断发展，人类在经历了白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯之后，正在步入半导体照明时代。作为新型照明技术的LED，拥有节能、环保、光效高以及易于控制等优点，LED目前已经被广泛用于照明和显示领域。

LED由GE公司的N.Jr.Holonyak在1962年所发明［1］，当时LED的光效仅为0.11m W。六年后，Monsanto和HP首次生产出使用GaAs0.6P0.4GaAs材料的红光LED。在随后的30年间，LED技术快速发展，LED发光效率的提升遵从于Craford定律［2，3］，器件光效每10年增加一个数量级，到2000年已增长1000多倍，远远超过白炽灯和荧光灯［4］。而单个LED封装器件的初始亮度则遵从于R.Haitz在30年前提出的Hatiz定律，即单个LED光输出量每18～24个月翻一番［5，6］。LED照明应用发展如此之快，以至于其发明者Holonyak曾于2000年在美国物理学报(American Journal of Physical)上发表题为“LED将是灯的最终状态?”的文章［7］，并预言LED能够也必将不断发展直到各层级的光亮度和色彩都得以实现。

在照明领域，OLED作为面发光光源，相比LED而言，具有更轻、更薄、可柔性以及潜在的低成本优势。

作为OLED的发明者，邓青云研究OLED可追溯到1979年，并于1987年发布首篇关于OLED的研究成果［8］。最早的OLED器件呈现三明治结构，通过低于10伏的直流电驱动后可以放出高亮度的光(＞1000 cd nr)，光效为1.5 lm W。1994年，日本的Kido等人首次通过RGB三色光源获得白光OLED［9］，为OLED照明应用带来希望。日本先锋公司最早在1997年将单色OLED应用在汽车的音响系统上，开启了OLED商业化应用的新篇章。值得注意的是，磷光材料的引入使OLED器件能够打破内量子效率25%的限制，使器件内量子效率在理论上可以达到100%［10，11］。经过不断努力，白光 OLED在2009年已经可以达到1000 cd m2的初始亮度以及10万小时的寿命［12］。目前，世界著名的几家公司，如飞利浦、欧司朗、Konica Minolta、GE和CDT都在不断推进OLED照明的产业化，而中国国内也有维信诺和第壹有机发光在积极投资OLED照明面板的研发和产业化。

本文将从照明效果以及成本两方面入手，结合LED和OLED的照明市场趋势及产业化应用提出发展建议。

2 模拟和讨论

本文模拟和讨论的基本研究思路如下:

(1)从市场上各选择一款OLED照明面板和LED灯的样品;

(2)将两个样品进行等照度模拟比较;

(3)比较LED和OLED产品的成本发展趋势;

(4)分析进一步降低产品成本的途径。

2.1 OLED照明面板和LED灯样品的参数

OLED照明面板由飞利浦提供，可在市场上获得，公司网站公布的售价是每片120欧元。面板拥有一个正方形的发光区域，所有发光材料均为磷光材料。其他的参数如表1所示。

LED灯同样来自于飞利浦公司，型号为FS400D。其他参数如表2所示。

表1 OLED照明面板的参数Table 1 OLED parameter

表2 LED灯样品的参数Table 2 LED lamp parameter

2.2 配光曲线模拟

基于表1、表2的参数，图1给出通过DIALux软件获得的配光曲线。值得注意的是，在模拟中，为了达到可比拟的模拟效果，选择使用16个OLED面板与1个LED灯进行匹配。

亮度分布模拟中作者进行了一定的假设，主要包括灯样品被放置在桌面上方600毫米处，且桌面足够宽阔并且其上没有其他物品。图2所示分别为OLED和LED样品的等照度图。

图2表明在前文模拟中的OLED和LED样品能够实现相近的照明效果。在表3中更进一步通过数据验证了上述结果，即模拟中的OLED面板和LED灯样品能够实现相近的照明效果。

表3 等照度图中的主要参数Table 3 Main parameter in iso-illuminance plot

2.3 成本分析

从以上的模拟结果我们可以看出，虽然OLED产品已经成为业界心目中未来的选择，但在现阶段，其与LED产品的差距还非常悬殊。LED产品在业界的共同推动下，将继续保持快速发展，而OLED仍然面临成本过高，关键技术有待解决的发展瓶颈。

图2 等照度图 (单位:lx，比例:1∶5)Fig.2 Iso illuminance(unit:lx，1∶5)

根据美国能源部的预测，到2030年，LED产品的成本将降至现在的1/10，而发光效率将突破200lm/W，详见表4。

表4 美国能源部预测LED产品发展趋势Table 4 LED product development tread by DOE

本文在表5中对OLED面板的成本进行了分解，其中设备、劳动力、良品率以及材料成本所占比例远高于其他因素。而当生产线由4.5代升级为6代线时，其单位成本由每平方米243.6美元下降到86.3美元。

除了考虑增加基板尺寸因素以外，还有几种降低成本的可行方案:

(1)加强低成本量产设备研发;

(2)改善各生产环节所用设备的可靠性和生产能力;

表5 G4.5和G6代OLED面板成本构成比较Table 5 G4.5 and G6 OLED cost comparison

(3)提高材料利用率降低材料成本;

(4)提高产品良品率;

(5)引进低成本的配套工艺，如封装技术等;

(6)开发具有自主知识产权的新一代量产设备，如卷对卷成膜工艺。

3 产业发展动态

3.1 LED产业发展趋势预测

由于政府对价格不敏感且自身具有推动节能产品普及的需求，因此公共照明领域将成为LED市场发展的主要增长点。就我国市场而言，由于国家相继出台了一系列的政策，如十城万盏专项、城市照明工程等，以及一些新的市场需求的快速成长，如LED背光、LED显示屏等的共同推动下，我国LED市场在未来也将取得了快速发展。以广东省为例，按照广东省政府印发的《广东省推广使用LED照明产品实施方案》规定，全省道路、公共场所、政府机关、国有企事业单位等财政或国有资本投资建设的照明工程以及南沙、前海、横琴等新规划建设的新区一律使用LED照明产品。珠三角地区要力争在2013年底前，东西北地区在2014年底前，普及LED公共照明，带动全社会普及LED照明，实现全省同比口径下照明节能50%以上，拉动LED产业“十二五”期末实现年产值5000亿元以上。虽然广东省的这一举措有点行政强推的味道，但毕竟对推动LED产品市场发展具有积极意义，在全国也具有积极的示范推动作用。

据赛迪顾问预测，到2015年我国LED市场规模将达到678.7亿元 (图3)。

3.2 OLED照明产业发展趋势预测

图3 2011—2015年中国LED照明市场规模及预测Fig.3 2011—2015 LED dighting market in China

尽管OLED还没有发展到产业化的阶段，但其前进的步伐却没有减缓，包括欧洲、美国与日本等国家在内，都已有厂商投入大量资金研发OLED照明技术。在最近召开的SID2012展会上，松下和东芝分别展出了最新的OLED照明面板，发光效率已经达到90lm W水平，详见表6。

表6 SID2012展会上松下和东芝OLED照明产品参数对比Table 6 OLED Parameter comparison

根据DisplaySearch的报道，目前已经有很多厂商都在计划或已经量产OLED照明产品，到2018年，全球OLED照明市场总规模将达到60亿美元，并保持年均34.8%的增长 (图4)。由于OLED照明还处于起步阶段，因此处于发展中国家的中国，市场份额应比重较小，本文以全球市场为范围进行规模预测。

4 产业发展建议

由上述数据可以看出，LED和OLED都拥有广阔的市场发展空间，我国企业如何在其中获得更多的市场份额，本文首先针对OLED在照明领域的发展给出以下建议:

图4 2011—2015年全球OLED照明市场规模及预测Fig.4 2011—2015 OLED lighting market in the world

(1)由于OLED成本过高，在短期内还不足以在照明领域替代LED。尽管OLED已经能够显现出低成本优势，但在科学家和研究人员面前仍有一条漫长的路，要去改善器件生产工艺。成熟的产业化技术能够有效降低OLED面板的成本。

(2)白光OLED材料仍需要进行深入研究，以获得更佳的照明参数。其中磷光材料分子结构以及不同颜色材料的配比将成为OLED照明面板寿命和效率的决定因素。

(3)在OLED和LED之间最值得关注的差别是OLED具有柔性和透明的特征。OLED具有制备柔性透明器件的潜力，因此作者建议研究人员和相关企业在未来应该更多关注OLED照明器件的功能型应用，如纸一样的灯、透明台灯或者柔性显示器等。

(4)对于我国政府而言，全球经济衰退时期正是引进国际先进OLED技术的关键时期，为我国OLED产业引入核心技术人才，集中财力攻克关键技术环节，能够推动我国OLED产业持续快速发展。

对于LED产业，我国的LED产业在过去一段时间已经获得跨越式发展，有众多中小企业涉足LED封装及终端产品的生产。但是我国的LED企业，尤其是广东省的企业，由于不具有核心专利和技术而无法满足终端市场 (如液晶电视的LED背光源)，只能在低端的照明市场展开竞争。另一方面，中小企业的LED产品质量不够稳定，往往几年之后就无法点亮，从而导致退货而对现金流产生严重影响。为了能够改变这一现状，作者建议行业主管部门应正确规划产业发展方向，有效进行资源要素配置，集中力量重点发展。同时，积极推动行业标准出台，增强行业自律。对企业而言，更应立足长远发展，以维护行业健康发展为己任，增强企业的社会责任感。

5 结论

LED和OLED分别吸引了全世界的关注，照明应用是他们最为重要的应用领域。本文比较了LED和OLED器件的照明效果，尽管从模拟实验的结果上他们显示出相近的照明效果 (包括配光曲线和等照度图曲线)，但OLED器件的价格远远高于LED。面对未来巨大的市场机会，OLED照明产品的制造者和研究者应不断改进生产工艺和技术以降低产品成本，而LED产品制造商应该稳定产品质量，维持并进一步扩大市场份额。在本文的模拟和讨论之后，作者也分别对OLED和LED产业提出发展建议。

致谢:作者感谢徐庆辉先生在计算机模拟方面提供的帮助和有意义的探讨。

［1］N.Jr.Holonyak，S.F.Bevagua.Coherent(visible)light emission from Ga(As1-xPx)junctions［J］.Appl.Phys.Lett.，1962，1:82 ～83.

［2］J.Kovac，L.Peternai，O.Lengyel.Advanced light emitting diodes structures for optoelectronic applications［J］.Thin Solid Films，2003，433:22 ～26.

［3］M.G.Craford.Visiblelight-emittingdiodes:Past，Present，and very Bright Future［J］.MRS Bulletin，2000.

［4］Fang Zhilie.History，today and future of LED［J］.Physics，2003，32(5):295 ～301.

［5］R.V.Steele.The story of a new light source［J］.Nature Photonics，2007，1:25～26.

［6］S.Pimputkar，J.S.Speck，S.P.DenBaars，et al.Prospects for LED lighting［J］.Nature Photonics，2009，3:180～182.

［7］N.Holonyak，Jr.Is the light emitting diode(LED)an ultimate lamp?［J］.Am.J.Phys.，2000，68(9):864～868.

［8］C.W.Tang，S.A.VanSlyke.Organic electroluminescent diodes［J］.Appl.Phys.Lett.，1987，51(12):913～915.

［9］J.Kido，K.Hongawa，K.Okuyama，et al.White lightemitting organic electroluminescent devices using the poly(N-vinylcarbazole)emitter layer doped with three fluorescent dyes［J］.Appl.Phys.Lett.，1994，64(7):815～817.

［10］C.Adachi，M.A.Baldo，M.E.Thompson et al.Nearly 100% internal phosphorescence efficiency in an organic light-emitting device［J］.J.Appl.Phys.，2001，90:5048～5051.

［11］Y.Sun，N.C.Giebink，H.Kanno，et al.Management of singlet and triplet excitons for efficient white organic light-emitting devices［J］.Nature，2006，440:908～912.

［12］G.He，C.Rothe，S.Murano，et al.White stacked OLED with 38 lm/W and 100 000-hour lifetime at 1000 cd m2for display and lighting applications［J］.J.Soc.Inf.Display，2009，17(2):159～165.