1.3　光源

人类在大约50万年前就以燃烧树木产生的火焰发出的光来作为光源使用，这就是最早的光源。随着人类文明的进步，人类采用烧植物油及矿物油来产生光。1876年爱迪生发明了白炽灯，它以碳棒作为灯丝，是照明技术的创始发明，1938年发明的日光灯（或称为荧光灯）可以减少热的损失，节省能源的消耗，这又是照明技术的一大进步，后来紧凑型日光灯的开发使其应用更为普遍，同时发明了高压气体放电（HID：High Intensity Discharge）灯（水银灯、金属卤素灯及钠灯），并被广泛用于室外照明，满足了各方面的需要。目前约有21%的电能用于照明，如果能在固体照明领域节省一半的能源，则会对人类的节约能源做出巨大的贡献。

1.3.1　电光源

光是由光源产生的，如太阳、蜡烛和白炽灯。其中太阳是天然光源，蜡烛和白炽灯是人工光源。由于可利用的天然光源所产生的光仅占整个光家族的很小部分，所以人类一直在努力开发和利用各种各样的人工光源。任何一种新的人工光源的发明和利用，都标志着人类文明新的进步，1879年美国发明家爱迪生成功地制造出第一只可使用的白炽灯，开创了人类电气照明的新纪元。1905年奥地利人优斯特与哈纳曼采用积压绕结的方法第一次成功地制造出钨丝白炽灯，是电光源的一个重要的里程碑。

电光源是指将电能转换为光能的器件或装置。广泛用于日常照明、工农业生产、国防和科研等方面。人类对电光源的研究始于18世纪末。19世纪初，英国的H. 戴维发明碳弧灯。1879年爱迪生发明了具有实用价值的碳丝白炽灯，使人类从漫长的火光照明进入电气照明时代。1907年采用拉制的钨丝作为白炽体。1912年，美国的I. 朗缪尔等人对充气白炽灯进行研究，提高了白炽灯的发光效率并延长了寿命，扩大了白炽灯应用范围。20世纪30年代初，低压钠灯研制成功。1938年，欧洲和美国研制出荧光灯，发光效率和寿命均为白炽灯的3倍以上，这是电光源技术的一大突破。20世纪40年代高压汞灯进入实用阶段。20世纪50年代末，体积和光衰极小的卤钨灯问世，改变了热辐射光源技术进展滞缓的状态，这是电光源技术的又一重大突破。20世纪60年代开发了金属卤化物灯和高压钠灯，其发光效率远高于高压汞灯。20世纪80年代出现了细管径紧凑型节能荧光灯、小功率高压钠灯和小功率金属卤化物灯，使电光源进入了小型化、节能化和电子化的新时期。

电光源自1876年发明以来，至今已有100多年的历史。人类社会的发展，科学技术的进步，使电光源技术获得了突飞猛进的发展，配合各种光源的使用，产生了造型多姿多彩，风格各异的灯具，为照明设计提供了广阔的发展空间。今天的人工照明已不是单一的灯光，而是多种电器照明媒体与环境装饰紧密结合，形成了一门电器照明装饰综合技术。

近年来，装饰与艺术照明在建筑中的美化作用与日俱增，灯光不仅为人们的工作、学习和生活提供良好的视觉条件，并体现出一定的风格，增加建筑艺术的美感，使环境空间更加符合人们的心理和生理上的需求，从而得到美的享受和心理平衡。

现代建筑物不仅注重室内空间的构成要素，更为重视的是照明电气对室内空间环境的美学效果及由此对人们所产生的心理效应。因此一切居住、娱乐、社交场所的照明设计的首要任务是艺术主题和视觉的舒适性，电光源的迅速发展，使现代照明设计不但能提供良好的光照条件，而且在此基础上可利用光的表现力对室内空间进行艺术加工，从而共同创造现代生活的文明。

不同的国家，不同的人们在不同的时期，由于生活习惯、经济文化和环境的差异，人们对照明的要求是不同的，产生了不同的照明设计风格和手法。所以照明设计同时要考虑上述情况，并要结合当时的光源、灯具以及使用环境等因素。

电光源的发明促进了电力设施的建设，电光源的转换效率高，电能供给稳定，控制和使用方便，安全可靠，并可方便地用仪表计量耗能，故在其问世后一百多年中，很快得到了普及。它不仅成为人类日常生活的必需品，而且在工业、农业、交通运输以及国防和科学研究中，都发挥着重要作用。电光源的发光方法有：

①电阻发光。这是一种利用导体自身的固有电阻通电后产生热效应，达到炽热程度而发光的方法，如常用的白炽灯、碘钨灯等。

②电弧发光。这是一种利用二电极的放电产生高热电弧而发光的方法，如碳精灯。

③气体发光。这是一种在透明玻璃管内注入稀薄气体和金属蒸气，利用二极放电使气体高热而发光的方法，如钠灯、镝灯等。

④荧光粉发光。这是一种在透明玻璃管内注入稀薄气体或微量金属，并在玻璃管内壁涂上一层荧光粉，借二极放电后利用气体的发光作用使荧光粉吸收再发出另一种光的方法，如荧光灯等。

电光源的形态有多种，按其发光源划分可分为固体发光和气体发光两大类。固体发光光源包括白炽类光源和LED。凡可以将其他形式的能量转换成光能，从而提供光通量的设备、器具统称为光源；而其中可以将电能转换为光能，从而提供光通量的设备、器具则称为电光源。电光源一般可分为照明光源和辐射光源两大类。照明光源是以照明为目的，辐射出主要为人眼视觉的可见光谱（波长380～780nm）的电光源，其规格品种繁多，功率从0.1W～20kW，产量占电光源总产量的95%以上。辐射光源是不以照明为目的，能辐射大量紫外光谱（1～380nm）和红外光谱（780～1 × 106 nm）的电光源，它包括紫外光源、红外光源和非照明用的可见光源。以上两大类光源均为非相干光源。此外还有一类相干光源，它通过激发态粒子在受激辐射作用下发光，输出光波波长从短波紫外直到远红外，这种光源称为激光光源。

照明光源品种很多，按其发光原理可分为热辐射光源、气体放电光源、固体发光光源。

①热辐射光源指当电流通过安装在填充气体玻璃泡壳内的灯丝，使之加热在高温下辐射光能的光源。其发光光谱类似于黑体辐射一类的光源，包括白炽灯和卤钨灯两种。

②气体放电光源。在适当的条件下，例如强电场、光辐射、粒子轰击和高温加热等，组成气体的分子可能发生电离，产生可自由移动的带电粒子，并在电场作用下形成电流。这种电流通过气体的现象称为气体放电，依据此原理发光的光源称为气体放电光源。气体放电有弧光放电和辉光放电两种，放电电压有低气压、高气压和超高气压3种。弧光放电光源包括：荧光灯、低压钠灯等低气压气体放电灯，高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等高强度气体放电灯，超高压汞灯等超高压气体放电灯。辉光放电光源包括利用负区辉光放电的辉光指示光源和利用正区辉光放电的霓虹灯，两者均为低气压放电灯；此外还包括某些光谱光源。

③固体发光光源指某种固体材料在电场作用下，使固体物质发光的光源。它将电能直接转变为光能，包括场致发光光源和发光二极管两种。

在这三类电光源中，各种电光源的发光效率有较大差别，热致发光电光源如白炽灯，它满足斯蒂芬-波尔兹曼定律，即物体温度越高，它辐射出的能量越大。可用下式表示

式中：E表示物体在温度T时单位面积和单位时间内的辐射总能量；μ表示斯蒂芬-波尔兹曼常数（μ=5.6697 × 10 -12 W/（cm2 ·K4））；ξ表示比辐射率，即物体表面辐射与黑体辐射的比值；T表示物体的绝对温度。

常用电光源的分类如图1-13所示，利用热致发光原理制成的电光源制作简单和成本低，但是发光效率低，其余的能量则以热的形式消耗掉。白炽灯的发光效率一般为7～20 lm/W，发光效率仅有11%，红外、热能消耗分别占69%、20%；大部分能量被发热损耗。

以爱迪生为代表发明的白炽灯，经过几代科技人员100多年的努力，白炽灯的发光效率平均每年增长0.11 lm/W，至今白炽灯的发光效率增加了10倍、寿命提高了500倍、价格下降了10倍，满足了人们对400～2000 lm光通量的室内照明的需要。

白炽灯是人们熟悉的电光源，它是利用电流通过钨丝将其加热到白炽状态而发光的，所以白炽类光源又被称为热辐射光源。

白炽灯用黑体发热，主要以钨丝作灯丝，因为钨有高熔点（3683K）及低蒸发率。白炽灯的大部分的光是红外线，钨丝放热比黑体稍微蓝移，即向短波长方向移，如图1-14所示，所以发光效率比较高，而蓝移也不影响显色性。一般钨丝都卷成螺旋形放在球形玻璃壳中，并充入不起反应的惰性气体，例如氩气及少数氮气，而40W以下的白炽灯则多数是抽真空。灯丝通电后，钨丝呈炽热状态并辐射发光。灯丝温度越高，辐射的可见光比例就越高，即白炽灯将电能转换为可见光的效率就越高。随着白炽灯发光效率的增加，灯丝温度的升高，钨灯丝的蒸发速度也增加，从而使白炽灯的寿命缩短。

因为白炽灯的大部分辐射光是红外线，所以120W白炽灯的照明效率在2400K时约为8 lm/W，一般100W白炽灯只有7%的电功率转变为可见光。白炽灯寿命衰减的主要原因是钨丝蒸发，白炽灯的一般寿命约750～1000h，但是因为白炽灯价廉，所以被大量应用在住宅照明。

白炽灯之所以使用钨做灯丝，是因为钨在高温下的低蒸发速率以及可以被抽成细丝等特性。普通照明白炽灯显色性好（Ra=100）、开灯即亮、可连续调光、结构简单、价格低廉，但寿命短、光效低，白炽灯有较宽的工作电压范围。灯头是白炽灯电连接和机械连接部分，按形式和用途主要可分为螺口式灯头、聚焦灯头及特种灯头。在普通白炽灯中，最常用的螺口式灯头为E14、E27；最常用的插口灯头为B15、B22。白炽灯主要部件有：灯丝、支架、泡壳、填充气体、灯架。

由于气体放电光源在发光效率和工作寿命方面具有白炽灯无可比拟的优势，因此，从它诞生之日起就一直受到人们的广泛关注，由此派生的产品可谓异彩纷呈。目前，市场上已有约5000多种电光源。

各种常用电光源的性能对比如图1-15所示（图中CRI为显色指数的缩写Color Render-ing Index）。从商用可用性的角度而言，LED将会成为发光效率最高的电光源，LED照明的应用前景十分看好。各种电光源发光效率的进展对比如图1-16所示。电光源主要性能指标有：

①光量特性指标。包括总光通量、亮度、光强、紫外线量和热辐射量等。光源的光通量表征着光源的发光能力，是光源的重要性能指标。光源的额定光通量指光源在额定电压、额定功率的条件下工作，并在无拘束地发出光的工作环境下的光通量输出。

光源的光通量随光源点燃时间会发生变化，即点燃时间越长，光通量因衰减而变得越小。大部分光源在点燃初期光通量衰减较多，随着点燃时间的增长，衰减也逐渐减小。光源的额定光通量有两种情况：一种指电光源的初始光通量，即新光源刚开始点燃时的光通量的输出值，它一般用于在整个使用过程中光通量衰减不大的光源，例如卤钨灯；另一种情况是指光源使用了100h后的光通量输出值，它一般用于光通量衰减较大的光源，例如荧光灯。

②光色特性指标。包括光色、色温、显色性、色度和光谱分布等。显色性是光源的一个重要性能指标。通常情况下光源一般用显色指数衡量其显色性，在对某些颜色有特殊要求时则采用特殊显色指数。

光源的色表是指其表观颜色，它和光源的显色性是两个不同的概念。例如荧光高压汞灯的灯光从远处看又白又亮，色表较好，但在该灯光下人的脸部呈现青色，说明它的显色性并不是很好。色表同样是电光源的重要性能指标。光源的色表虽然可以用红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等形容词来表示，但为了定量表示，常用相关色温来度量。

③电气特性指标。包括消耗功率、额定电压、额定电流、启动特性和干扰噪声等。电光源点燃时间是指电光源点燃后达到额定光通量输出所需的时间，热辐射光源点燃时间一般不足1s，可认为是瞬时点燃的；气体放电光源的点燃时间从几秒钟到几分钟不等，取决于光源的种类。

电光源的再点燃时间是正常工作的光源熄灭后再将其点燃所需要的时间，大部分高压气体放电光源的再点燃时间比点燃时间长，这是因为再点燃时要求这种光源冷却到一定的温度才能正常点燃，即增加了冷却所需要的时间。

④机械特性。包括几何尺寸、灯结构和灯头等。

⑤经济特性。包括发光效率、寿命、价格等。光源的光通量输出与它取用的电功率的比称为光源的发光效率，简称光效，单位是lm/W。

⑥平均寿命。光源从第一次点燃起，一直到损坏熄灭为止，累计点燃小时数称为光源的全寿命。电光源的全寿命有相当大的离散性，即同一批电光源虽然同时点燃，却不会同时损坏，它们将有先有后陆续损坏，且可能有较大的差别，因此常用平均寿命来定义电光源的寿命。取一组电光源作试样，从同时点燃开始计时，到50%的电光源试样损坏为止，所经过的小时数就是该组电光源的平均寿命。一般光通量衰减较小的光源常用平均寿命作为其寿命指标。

⑦有效寿命。电光源在使用过程中光通量将随时间的增加而逐渐衰减，有些电光源的光通量衰减到一定程度时，虽然光源尚未损坏，但它的光效明显下降，继续使用极不经济。电光源从点燃起，一直到光通量衰减到某个百分比所经过的点燃时数就称为光源的有效寿命。一般取70% ～80%额定光通量作为更换光源的依据。荧光灯一般用有效寿命作为其寿命指标。

⑧心理特性。包括灯外观和舒适性等。

电光源的主要发展趋势是：提高发光效率，开发体积小的高效节能光源，改善电光源的显色性，延长寿命。达到上述目的的具体途径是开发研制新型材料、采用新工艺以及进一步研究新的发光机理、开发新型电光源，而最为现实的途径则是改进现有电光源的制造技术，采用新型的、自动化程度高的生产设备。

1.3.2　LED固态光源

自从1968年第一批LED开始进入市场，至今已有40多年，随着新材料的开发和工艺的改进，LED趋于高亮度化、全色化，在氮化镓基底的蓝色LED出现后，更是扩展了LED的应用领域，LED的主要应用领域包括：大屏幕彩色显示、照明灯具、激光器、多媒体显像、LCD背光源、探测器、交通信号灯、仪器仪表、光纤通信、卫星通信、海洋光通信、图形识别等，但目前还主要是作为照明和显示用。

LED是由超导发光晶体产生超高强度的灯光，他发出的热量很少，不像白炽光浪费太多热量，不像荧光灯因消耗高能量而产生有毒气体，也不像霓虹灯要求高电压而容易损坏， LED已被全球公认为新一代的环保高科技电光源。

LED具有高光效性能，比传统霓虹灯节省电能80%以上，工作安全可靠。LED改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。LED光源具有寿命长、光效高、无辐射与低功耗等特点。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可达80% ～90%。将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯做比较，其结果显示：普通白炽灯的光效为12 lm/W，寿命小于2000h，螺旋节能灯的光效为60 lm/W，寿命小于8000h，T5荧光灯光效为96 lm/W，寿命大约为10000h，而直径为5mm的白光LED光效为20～28 lm/W，寿命可大于100000h。

1.　LED照明产品

与传统照明技术相比，LED的最大区别是结构和材料的不同，它是一种能够将电能转化为可见光的半导体，上下两层装有电极、中间有导电材料，可以发光的材料在两电极的夹层中，光的颜色根据材料性质的不同而有所变化。

LED属于全固体冷光源，更小、更轻、更坚固，工作电压低，使用寿命长。按照通常的光效定义，LED的发光效率并不高，但由于LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，效率可达80% ～90%，同等光效的白炽灯可见光效率仅为10% ～20%；单体LED芯片的功率一般在0.05～1W，通过将单体LED芯片组合方式可以满足不同需要。

LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，21世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。

2.　LED光源的优点

①新型绿色环保光源。LED为固体冷光源，眩光小，无辐射，使用中不发出有害物质。LED工作电压低，直流驱动，超低功耗（单管0.03～0.06W）电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。LED环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。

②寿命长。LED为固体冷光源，环氧树脂封装，抗振动，灯体内没有易松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达60000～100000h，比传统光源寿命长10倍以上。LED性能稳定，可在-30～ +50℃环境下正常工作。

③多变幻。LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256 × 256 × 256=16777216种颜色，形成不同光色的组合，LED组合的光色变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。

目前一个典型的高光通量LED芯片能够产生几流明到数十流明的光通量，更新的设计可以在一个器件中集成更多的LED芯片，或者在单个组装件中安装多个芯片，从而使输出的流明数相当于小型白炽灯。例如，一个高功率的12芯片单色LED器件能够输出200 lm的光能量，所消耗的功率在10～15W之间。

LED光源应用非常灵活，可以做成点、线、面各种形式的轻薄短小产品；LED的控制极为方便，只要调整电流，就可以随意调光，不同光色的组合变化多端，利用时序控制电路，更能达到丰富多彩的动态变化效果。LED已经被广泛应用于各种照明设备中，如电池供电的闪光灯、微型声控灯、安全照明灯、室内室外道路和楼梯照明灯以及建筑物的标记连续照明。

白光LED的出现，是LED从标识功能向照明功能跨出的实质性一步。白光LED发出的光最接近日光，更能较好反映照射物体的真实颜色，所以，从技术角度看，白光LED无疑是LED最尖端的技术。目前，白光LED已开始进入一些应用领域，但是，由于价格十分昂贵，故难以广泛普及。白光LED普及的前提是价格下降，而价格下降必须在白光LED形成一定市场规模才有可能，毫无疑问，两者的融合最终有赖于技术进步。

3.　LED的分类

①按发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的LED器件中包含两种或三种颜色的芯片。

根据LED出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的LED还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。

②按出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光、侧向发光等。圆形灯按直径分为ϕ2mm、ϕ4.4mm、ϕ5mm、ϕ8mm、ϕ10mm及ϕ20mm等。国外通常把ϕ3mm的发光二极管记作T-1；把ϕ5mm的记作T-1（3/4）；把ϕ4.4mm的记作T-1（1/4）。

③按发光强度角分布图分为：

● 高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°～20°或更小，具有很高的指向性。

● 标准型。通常作指示灯用，其半值角为20°～45°。

● 散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。

④按结构分为全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。

⑤按发光强度和工作电流分为普通亮度的LED，发光强度＜10mcd；大功率LED，发光强度在10～100mcd之间；超大功率的LED，发光强度＞100mcd。

一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同），大功率LED的工作电流在350～1000MA。

除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。

4.　国内LED技术的进展

近几年，LED的发光效率增长100倍，成本下降10倍，广泛用于大面积图文显示全彩屏、状态指示、标志照明、信号显示、液晶显示器的背光源、汽车组合尾灯及车内照明等方面，在LED光源及市场开发中，极具发展与应用前景的是白光LED，用作固体照明器件的经济性显著，且有利环保，正逐步取代传统的白炽灯，世界年增长率在20%以上，美、日、欧及中国台湾省均推出了半导体照明计划。功率型白光LED具有优异的散热特性与光学特性，更能适应普通照明领域，为替代荧光灯，白光LED必须具有150 ～200lm/W的光效，且每lm的价格应明显低于0.015＄/lm，要实现这一目标仍有很多技术问题需要研究，按固体发光物理学原理，LED的发光效率能近似100%，因此，LED被誉为21世纪新光源，有望成为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源。要实现白光LED具有150～200lm/W光效的目标必须从以下两方面努力：

①不断改进工艺。

②同时开发新材料，改进产品结构。

5.　LED产业的市场前景分析

①LED显示屏的应用市场。我国LED显示屏市场起步较早，市场上出现了一批具有很强实力的LED显示屏生产厂商。凭借着独特优势，LED全彩显示屏广泛应用在银行、证券、医院、体育场馆、市政广场、演唱会、车站、机场等场所。在LED需求量上，LED显示屏仅次于LED指示灯名列第二，由于用于显示屏的LED在亮度和寿命上的要求高于LED指示灯，平均价格在LED指示灯之上，这就导致显示屏用LED市场规模超过指示灯的市场规模。

②中大尺寸、小尺寸背光源市场。LED早已应用在以手机为主的小尺寸液晶面板背光源市场中，手机产量的持续增长带动了背光源市场的快速发展。特别是彩屏手机的出现更是推动白光LED市场的快速发展。但随着手机产量进入平稳增长阶段以及技术提升导致用于手机液晶面板背光源LED数量减少，使得LED在手机背光源中用量增速放缓，中大尺寸背光源市场为厂商新宠，目前已逐步形成规模。

③汽车车灯市场。从整个LED应用市场看，汽车应用市场还处于发展阶段，市场规模也在不断扩大。LED作为汽车车灯主要得益于低功耗、长寿命和响应速度快的特点。虽然LED目前还面临着单位瓦数流明低以及相关政策的限制，在进入汽车前灯市场还需要一定的时间，但是随着成本的下降以及发光效率的提升，最终LED将逐步实现从汽车内部、后部到前部的转移，最终占据整个汽车车灯市场。凭借着汽车的巨大产能，LED车灯市场有着巨大的发展潜力。

④室内装饰灯市场。室内装饰灯市场是LED的另一新兴市场。通过电流的控制，LED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，LED颜色多样化有助于LED装饰灯市场的发展。LED已经开始做成小型装饰灯，装饰幕墙应用在酒店、居室中。

⑤景观照明市场。景观照明市场主要以街道、广场等公共场所装饰照明为主，由于LED功耗低，在用电量巨大的景观照明市场中具有很强的市场竞争力。目前，LED已经越来越多地应用到景观照明市场中，北京、上海等地建成的一批LED景观照明工程，这些工程在装饰街道的同时还将起到示范作用，将会使LED景观照明从一级城市快速向二级、三级城市扩展。

⑥通用照明市场。对于LED进入通用照明市场，功率型白光LED除面临着诸如发光效率低、散热不好、成本过高等问题外，还将面临光学、结构与电控等技术的整合以及LED照明产品通用标准的制订。解决上述问题还需一定的时间。

由于LED光源具有广阔的发展前景，众多照明产品制造商都先后加入LED光源及市场开发中。极具发展与应用前景的是白光LED，用作固体照明器件的经济性显著，且有利环保，将逐步取代传统的白炽灯，因此，LED被誉为21世纪新光源，有望成为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源。

1.3.3　OLED固态光源

1.　OLED的定义

OLED是“有机发光二极管”的英文缩写（Organic Light Emitting Diode），是指有机半导体材料和有机发光材料在电场的驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的技术。OLED发光原理是用ITO玻璃透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极，在一定正向电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层，然后分别迁移到发光层，相遇形成激子使发光分子激发，经过辐射后发出可见光。辐射光可从ITO一侧观察到，金属电极膜同时也起了反射层的作用。根据这种发光原理而制成的显示器被称为有机发光显示器，也叫OLED显示器。

OLED与普通LED一样，同是固体化半导体器件，是把数块薄层的有机材料叠加一起，其发光形式与LED类似，厚度为100 ～500nm。如今照明厂商进一步发挥OLED透明、轻薄、可挠等特性，开发出多样化OLED新兴照明应用，OLED在照明领域的应用将彻底改变照明在建筑照明传统意义上的概念，出现真正意义上的BIL（Building Integrated Lighting，建筑物综合照明），十分类似太阳能中BIPV（Building Integrated Photovoltaics，建筑物一体化的太阳能光伏组件）的概念。

OLED和LED发光原理很接近，都是利用电子空穴在发光区再结合时，使电子释放出能量，此能量会以光子的形式被释放出而产生光。但是，两者结构却相差很多，OLED由电子传输层、空穴传输层和发光材料层构成，OLED虽然跟LED只差一个英文字母，但是它的结构比较像LCD，两侧有玻璃基板，中间有发光材料，而且发光材料是有机材质而非半导体， OLED的电极至少有一边必须是可透光的。OLED技术依其所使用的有机薄膜材料的不同，可分为小分子OLED（Small Molecule OLED，SM-OLED）和高分子P-LED（Polyme Light Emitting Diode）。

OLED具有轻薄和柔韧性的特点，能够像纸一样，可卷曲、可折叠。OLED显示器不像LCD需使用CCFL或LED提供背光照明，通电后自身能发光显示；OLED又是一种除LED外的另一种固态电光源，可以做成任意形状的面光源，为照明设计引入了全新的理念和方法。

2.　OLED与LED比较

OLED照明比LED更具优越性，更适于用作照明，它表面发光，效率更高，透明轻薄，坚固耐用，可制成透明如窗，也可如镜子反射，且柔软可挠，为照明设计者开创了无限的想象，受到了特别的青睐。OLED作为照明光源，除了和无机LED一样具有绿色、环保、节能等优越性能外，实际上，OLED还具有有别于无机LED的独特的优点。

①面光源。OLED是目前唯一的面光源，同比较发散的无机LED点光源相比，OLED的光利用率会大大提高。

②大面积。OLED非常容易用简单的工艺如印刷技术做成大面积，工艺简单，成本也会大大降低。

③柔性弯曲。OLED可以做在塑料等超薄、轻质量的柔性可弯曲的基板上，具有轻、薄、可弯曲等特点，应用更加灵活、方便。

④全波长白光。有机材料丰富的发光特性使制备的OLED很容易进行颜色调节，实现高显色指数（CRI大于80，最高可大于90）、更加自然的白光。

⑤简单的加工设备。OLED可以用旋涂、印刷等简单的加工工艺制备，即使是用蒸镀的方法，也只需要最一般的真空镀膜设备，因此设备投入成本低。

除了作为照明光源所显示的巨大应用市场，OLED还是液晶显示LCD的最理想的背光源，同无机LED作为背光源相比，OLED的平面发光特性使它避免了导光光学系统的使用，在减少厚度和质量的同时，也大大降低了功率损耗，提高了光的使用率。OLED与LED特性比较如下：

①类似于LED，OLED是一种固态半导体设备，相对LED的晶体层，OLED的有机塑料层更薄、更轻而且更富于柔韧性。

②OLED的发光层比较轻，因此它的基层可使用富于柔韧性的材料，如OLED基层可为塑料材质，而LED则使用玻璃基层。

③OLED比LED更亮。OLED有机层要比LED中与之对应的无机晶体层薄很多，因而OLED的导电层和发射层可以采用多层结构。此外，LED需要用玻璃作为支撑物，而玻璃会吸收一部分光线。OLED则无需使用玻璃。

④OLED是一种变了形的LED，采用含碳元素的有机发光层代替了LED不含碳元素的无机芯片。虽然OLED与LED的发光机理基本相同，但LED芯片呈分离的点阵分布，而OLED仅是片状材料的“三明治”结构。

⑤OLED器件不像LED要在基板上长晶，而难以实现大面积化。OLED为塑胶材质，制造容易，OLED电极间的有机层是非晶薄膜，很容易实现大面积，超薄型显示，因此可以将其制作成大面积薄片状。OLED发光的最小单元可以小至数十纳米，显示色彩也更为丰富。

⑥OLED为平面发光光源，具有轻薄和柔韧性特点，如同壁纸一样，可以像窗帘一样卷起，做成任意形状。与LED一样，OLED同样具有高效节能、环保、安全优势。与传统的白炽灯相比，OLED除了发光时不会变热，而且通过散热所损耗的能量更少。在未来照明中， OLED和LED各自充当着不同的角色：LED更倾向为点光源，在聚光和投光应用领域更具优势；OLED则是一种软片式面光源，可以发射出更多的发散光线。

⑦没有散热问题。LED要作为照明光源必须解决散热问题，相比之下，OLED不存在这个问题。

⑧虽然目前LED已发展为重要的现代媒体发布手段和平板显示器的主流产品之一，但OLED更适用于平板显示器。OLED可以任意弯曲、转变角度或者覆盖整个墙壁，使之成为一个可编程控制的显示幕墙。OLED还可以制成导电纤维纺织物，如发光的衣物、帷幕乃至家具。与LED显示相比，作为背景光源和照明用的OLED在制备工艺上更简单，因为背光源和照明用的OLED不需要复杂的IC驱动电路和TFT，也不需要复杂的像素图案化技术，可以弥补我国IC业不足和大型精密仪器设备欠缺的问题，更有利于产业化。

3.　OLED技术发展现状

OLED自从问世之初，在LCD背光源和照明光源领域也显示出了潜在的应用前景。OLED具有的低成本、低能耗优势以及柔性弯曲的特点，使OLED在显示LCD背光源和照明三个核心领域呈现出巨大的市场，吸引了众多厂商参与其中，极大地推动了OLED产业的进步。在过去的十年中，OLED的效率平均每年都要提高一倍，符合LED的Haitz定律。从总体上看，OLED产业主要有三大领域：

①以OLED材料和器件为中心的领域。

②以OLED面板、制造方法为中心的领域。

③以显示装置驱动方法及IC研发为中心的领域。

一般来说，有两大类技术可得到白光OLED：

①第一类被称为下转换（downconversion）技术，通过蓝光或紫外光激发光子，每个受激发的单元发出不同的光，混合之后得到白光。

②第二类被称为色彩混合技术，这类技术是指通过混合两种互补颜色的光（橘黄+蓝光）或者三原色（红+绿+蓝）来得到白光。

在白光OLED实现方面，目前主要有多发射层白光器件、激基复合物、激基缔合物复合白光器件、微腔结构白光器件、水平或垂直层叠结构白光器件、多重掺杂、共混单发射层白光器件。对于多发射层白光器件，该方法将每种发光材料掺杂在不同层的主体材料构成多种客体的多层发光器件结构，通过控制各有机层的复合电流，达到红、绿、蓝发射层同时发光实现白光的目的。例如，美国科学家利用三发光层（3-EML）结构，开发出了性能非常优越的白光OLED，在亮度为1000cd/m2时的最大发光效率达64 ± 3lm/W，显色指数（CRI）可达81。中科院长春应化所结合界面修饰技术，利用红、绿、蓝三发光层结构开发出了高效率的全荧光型白光OLED，最大亮度超过了40000cd/m2，最大效率达到了20.8cd/A和16.8lm/W，寿命在500cd/m2的亮度下超过了3500h。

三色白光OLED结构由于采用真空蒸镀的方法，各层厚度都可以得到很好的控制，从而得到了具有理想色纯度的白光，目前性能比较好的白光OLED都采用这种结构。对于多重掺杂的单发射层白光器件，为了保证所有的发射来自于同一个发射层，必须使产生白光的几种掺杂剂在同一个主体材料中混合。在这个器件结构中，由于蓝色掺杂剂是唯一形成激子的，一旦激子形成，向绿光和红光掺杂剂发生能量转移，从而产生绿光和红光发射，在器件的发光过程中，白光的色坐标基本不会变化，目前这种多重掺杂白光器件也具有较好的性能。尽管这两种结构白光器件都取到很好的效果，但是从器件制备的繁简性角度考虑，设计简单的单层单发射白光器件应该是最好的选择。

美国环宇显示技术公司（UDC）在2007SID上以标题为《有效率的白色磷光OLED器件》文献，向人们展示了其研发的白光OLED、白色磷光OLED技术新成果。拥有新型结构的白光OLED外量子效率为20%，发光效率相当于33cd/A，其色坐标为（0.38，0.39），在1000cd/m2亮度下的工作寿命超过4000h，这是目前报道的外量子效率最高的单层白光OLED。

UDC在2008年5月举办的2008SID展会上，发布发光效率为72 lm/W的白光OLED，最近又发布了亮度为1000cd/m2时，发光效率可达102 lm/W的有机白光OLED，其显色指数（CRI）为70，色温为3900K。德国Novaled公司宣称他们已经开发出了照明用白光OLED，其发光效率目前为50 lm/W，达到了白炽灯发光效率（20 lm/W）2倍以上，其试制的白光OLED照明产品在1000cd/m2亮度下具有10000h以上的寿命，发光效率为40～60 lm/W，具有非常薄的特点，这些高性能白光OLED的成果极大地推进了OLED在照明领域的发展和应用步伐。现在有一门新学科叫OLED光学，用以解决OLED研发中的光学问题，其在照明领域发展将不容小觑，OLED将提供与以往截然不同的照明新应用及新设计，与其他照明技术呈现显著区别。