要将半导体器件的功能与基于纤维的纺织品的可扩展性结合起来,照明从基于钨丝灯

UDC与国内所有即将量产或者已经量产的OLED面板企业都签署了OLED技术许可协议和材料采购协议,照明从基于钨丝灯,这种新型制造工艺使人们能够制造出具备更多先进功能的纺织品

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近日,吉林奥来德与上海金山工业区签署AMOLED材料项目投资合作协议,拟在金山区投资6亿元建设年产1万千克AMOLED用高性能发光材料及AMOLED发光材料项目。该项目建成后将部分弥补中国OLED材料本土化配套的不足。

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近日,美国麻省理工学院团队通过一种新型制造方法,将发光二极管和传感器直接织入了纺织级聚合物纤维中。该工艺可用于开发实现光通讯和健康监测的新型可穿戴技术。

但是像吉林奥来德一样有一定技术积累的国内OLED材料企业还是少数。目前,OLED材料基本被国外企业垄断。例如,UDC与国内所有即将量产或者已经量产的OLED面板企业都签署了OLED技术许可协议和材料采购协议。我国OLED产业刚刚兴起,OLED材料就被卡脖子了,该如何应对?

照明从基于钨丝灯,气体放电灯的传统照明跨入基于半导体器件的LED照明,正好遇见移动互联网跃进到万物互联的物联网IOT的时代风口,两者的结合,产生无限美好的遐想和创新,为照明人开创了前景广阔的基于物联网的智能照明时代。

能够发射或探测光的半导体二极管是通讯和传感器技术的基本构件。如果能将它们融入织物之中,则有望创造出新型可穿戴电子设备。然而,要将半导体器件的功能与基于纤维的纺织品的可扩展性结合起来,是一件棘手的事。

国内OLED材料依赖国外企业

全球照明联盟发布了照明发展路线图,如图1所示:

研究人员从一块较大的聚合物预制件着手,将半导体器件嵌入预制件的中空通道。然后,一边将导线穿进中空通道,一边加热并拉伸该预制件,从而形成延展的纤维束。如此一来,电连接的光发射或光探测二极管在纤维束内轴向均匀地分布开来。

6月,维信诺(002387)6代线、柔宇类6代线、天马6代线先后宣布启动运行、点亮投产、量产出货,去年已经量产的京东方成都6代线产能正在爬坡中。2018年,随着多条产线进入量产,中国AMOLED面板营收和销量有望实现大幅度增长。

图 1:全球照明联盟照明发展路线路

该工艺具有内在可扩展性,可以制造出数百米长的功能性纤维。一旦经过拉伸处理,这些纤维就可以很容易地织进织物中。研究团队将这些二极管纤维放进标准的家用洗衣机中转十圈,发现其性能没有受损,证明了它们的耐用性。

而且未来两三年内还有新的产线陆续量产,面板厂商对OLED材料需求将不断增加。DSCC报告也显示,2017年OLED材料收入增长43%,达到8.69亿美元。预计到2022年,OLED材料市场年复合增长率将达24%,届时市场将达到25.6亿美元。

照明发展路线图分为5个阶段,传统高效照明,LED照明,智能照明,可服务可升级的智能照明和以人为本照明,给照明带来的价值和关注的点。分别为:高能效,动态可调、IOT应用和数据分析、循环经济和用户友好。可以看到,照明的发展的目标是以人为本的照明,不仅关于照明的视觉效应,更多的关注的是非视觉效应。对于在IOT时代的智能照明,更多的关注的是物联网数据的应用,可升级可互换的环境友好的循环使用,还有可提供服务可运营的智能照明,下面结合GLA的照明发展路线路图,分析一下智能照明的几个发展趋势:

研究人员表示,可以在包含光探测和发光纤维的两种纺织品之间建立起双向光通讯链接,这种智能纺织品也可用于测量穿戴者的心率。这种新型制造工艺使人们能够制造出具备更多先进功能的纺织品,智能纺织品和可穿戴技术或将遵照自身的“摩尔定律”,变得日益精密。

面对巨大的市场机遇,烟台显华、西安瑞联、鼎材科技、三月科技、江西冠能等国内企业涌入AMOLED材料市场。但是这些材料厂商大部分缺乏长时间技术积累,更无核心专利的拳头产品。国产OLED材料主要停留在验证阶段,真正进入量产线的较少,而且都是一些非关键的OLED材料。一位面板材料采购人员透露,他们会采购少量国内OLED材料主要用于测试、验证,但是终端客户群比较看重专利,目前量产线还未采用国产AMOLED材料。另一位面板企业相关负责人也指出,他们很早就开始研究OLED材料,而且和上游材料企业合作开发,从种类来看,目前国产AMOLED材料使用占比达10%左右。

发展趋势一:智能的照明的重要关注目标是以人为本的照明

该研究成果已发表在英国《自然》杂志上。

与国内OLED材料企业不同,国外OLED材料企业技术布局非常早。出光兴产1998年就布局了蓝光染料最核心的专利,迄今为止仍是最好的蓝光结构。UDC磷光染料专利1997年就发布了,要跳过UDC的专利同样非常难。不只国内OLED面板厂商,甚至韩国三星Display、LG
Display的OLED材料也要依赖UDC。出光兴产虽然没有像UDC对磷光OLED材料达到垄断的程度,但是它在蓝光OLED材料市场具有非常强的掌控力。

智能照明的核心是在正确的时间,正确的地点给照明的目标提供正确的照明,包括合适的照度,合适的色温合适的颜色合适的照明时长,手段是照明开关,调光,调色等。在给人提供照明时,不仅需要关注照明的视觉效应,更多的关于照明的非视觉效应,比如光生物安全,光调节人的生理
节律,光调节人的情绪,也就是应该更多的关注人的健康,包括舒适,生理和情绪等,这就是“以人为本的照明“HcL,这是智能照明努力发展的方向目标。智能照明不仅要做到:
光是我们“眼之所见”,还要是我们“心之所想,情之所想”。以建筑照明为例,更多的从关注绿色建筑发展到关注健康建筑。

目前,红色发光材料、绿色发光材料、蓝色发光材料和电子传输材料几乎被国外企业垄断。陶氏化学占据74%的红色发光材料市场份额,出光兴产占据69%的蓝色发光材料市场,三星SDI占据50%的电子传输材料市场份额、51%的绿色发光材料市场份额。辅助发光层材料和空穴传输材料虽然没有被一两家厂商垄断,但是同样被少数几家材料厂商瓜分殆尽。鼎材科技有限公司总经理任雪燕表示,上述材料厂商在材料细分市场中的地位一时难以撼动,因为它们材料性能稳定,技术难度高。

图 2:智能照明的重要关注目标是 HCL:关注光视觉和非视觉效应

加速弥补OLED材料短板

发展趋势二:合适的连接是智能照明的第一步

OLED材料的研发没有捷径,需要长时间的技术积累。出光兴产早在上世纪80年代中期就开始试验OLED技术。出光兴产电子材料部门商业战略总经理Takamitsu
Nagase曾表示:“我们在10年时间里掌握了所有关键专利。但直到过去三四年,这才发展成为真正的业务。”从长远来看,国内OLED材料企业如果要实现技术突破,也需要一定的时间沉淀。

智能照明要对照明进行控制,首先要将照明设备和控制设备之间建立连接,连接是走向智能的照明的第一步,在物联网万物互联的时代,连接的技术非常多,以下图为例,有基于总线的有线技术,有短距离的无线连接技术,也有跨越几km的广域网无线技术。

而且OLED材料企业的可持续性发展离不开国内OLED产业生态的哺育。目前,我国有十几条OLED产线。这些产线将为OLED材料企业提供生长的土壤。OLED材料企业须抓住机遇,和面板厂商协同创新,持续为面板厂商提供有竞争力的产品。政府相关部门在制定行业政策的时候应该有意识地引导面板企业和材料企业开展捆绑式发展模式,并奖励那些在量产线中大量采用国产OLED材料的面板企业。

图 3:物联网中的连接技术

但是现在OLED材料进入门槛较高。国内大多OLED材料企业是小企业,不像默克、LG化学等国外大企业有实力购买用于测试的昂贵的OLED蒸镀机等设备,但是如果要加快研发、测试、验证进度,这些设备又是不可或缺的。建议政府相关部门可以联合国内OLED上下游企业建立一个OLED材料研发、测试、验证公共平台,降低OLED材料进入门槛。

面对众多的连接技术,需要选择合适的连接技术来连接照明,适用不同应用场景。

与此同时,应该鼓励国内面板龙头企业进一步垂直整合,收购或者投资一些有潜力的OLED材料企业,这虽然不是非常符合市场经济的规律,但是符合电子信息产业发展的一些规律,能更快缩短与国外OLED材料厂商的差距。

在智能家居照明的应用场景,需要考虑整体家居设备的全连接、操作方便和安全,更多的要考虑组网节节点多,组网复杂,有些节点比如传感器、遥控器等还必须支持低功耗,
那么ZigBee无疑是现阶段最佳的选择。蓝牙技术定义了基于可控广播的蓝牙Mesh技术,其继承的蓝牙低功耗的特点,在未来也是值得关注的连接技术。但是如果连接的节点不是很多,或者是点到点的单点简单连接情况下,Wi-Fi或蓝牙连接也就可以满足应用。

此外,政府相关部门也要扶持有实力的材料企业,促使其成为OLED材料领域的龙头企业。实际上,与下游面板市场相比,上游材料具有更强的垄断性,大部分的市场份额被少数几家厂商瓜分。中国小的OLED材料企业在市场中难以与这些国外材料大企业竞争,政府相关部门应该引导有实力材料企业通过兼并重组或者进入OLED材料领域,提升国内OLED材料的市场竞争力。

在智能楼宇的应用场景,由于智能照明系统一般需要和楼宇自动化系统联动,在楼宇自动化中的基于总线的连接方式已经大量应用,比如KnX、BAcnet或Dynet,可以利用这些总线技术来控制照明,但是对于照明设备,DALI由于其简单可靠,易安装等优点,成为照明连接技术的不二选择。无线的连接方式组网更加灵活,比如和ZigBee/thread同源的支持IP的Fairhair连接技术,由于还具有兼容多种楼宇自动化协议的统一通用应用层,在智能楼宇这个复杂的环境下,将来会成为一个统一的连接方式。

在城市道路应用场景,更多关注连接的长距离、可靠性和安全性,可以使用电力载波PLc或短距离RF进行本地连接,在控制柜或网关进行汇聚,再借助运营商的通信网络进行远程连接。2017
年后,LPWAn技术的发展,尤其是NB-IOT技术的在中国的蓬勃发展,使路灯的连接变得更加方便。nB-Iot由于使用国家许可的专用频段,由运营商来建设可靠的网络,会成为道路照明连接的首选,其他的
LPWAn
技术比如LoRa,sigfox,UnB,ZEtA等会成为有益的补充。5G的mMtc的完善或许能一统户外道路照明连接的江湖。

在中国非常火热的景观照明控制应用场景,由于景观照明是要利用照明来体现各个景观或地标的独有的特征,不强调照明的照亮功能,需要实时控制灯具发光的动态变化,营造气氛,照明的连接的通信协议一般为DMX512/RDM,
或Ki-nEt、Art-net等。

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发展趋势三:可升级是智能照明的必不可少的一步

可循环经济是打造资源节约、资源循环利用的和谐社会的关键的一步,以资源的高效利用和循环利用为核心,在这个大的趋势下,智能照明的模组化,可升级和可互换将是必不可少的一步。

以智能道路照明为例,智能道路灯具包括智能道路控制器、传感器、电源和发光光源,他们模块化可以是他们能够重复利用,他们之间的连接、安装接口的标准化是支持循环经济的非常重要的第一步,模块化和接口标准化可以使道路照明smart
Ready,尤其是标准化的安装接口让现在和将来在道路灯具中安装或升级物联网控制技术变得简单易行,允许部件在现场进行改装和更换而无需拆卸灯具,
并支持广泛使用的DALI、0/1-10V等调光协议。Zhaga在LED
光源的模块化的标准化方面进行长期的努力,为了支持智能化照明发展趋势,提出的new
Zhaga战略支持循环经济,定义了智能道路控制器安装接口,其如下图所示,其体积小,成本低,可插拔、可互换,其将成为全球路灯控制器安装的通用接口。

图 4:可升级的智能道路照明

发展趋势四:可服务可运营是的智能照明系统是核心

利用物联网的通信连接技术将照明设备和相关的传感设备连接起来,对人的信息、环境的信息、照明设备的运行信息进行数据收集,根据人的需求或传感信息对照明设备进行控制。在智能照明系统中,人机交互的平台、数据处理的平台和设备控制平台是智能照明系统的核心,其也是提供照明服务的运营平台。这个运营的平台一般架构在云计算上。

图 5:可服务可运营的智能照明平台

以智能道路照明为例,架构在云端的道路照明管理交互平台对道路灯具进行参数设置、安全管理、控制管理接口,环境信息收集,可以提供道路照明的控制管理业务,资产管理业务,数据分析业务等。

图 6:可服务可运营的智能道路照明平台

发展趋势五:超越照明是智能照明向智慧照明的跨越发展

从技术的角度看,智能照明主要强调的是对照明的基于规则的控制和基于环境因素和人的需求的简单的自动控制,智慧照明更多的让照明具有智慧,能够像智慧生物一样思考
和学习,具备情感,让照明更加聪明更有温度,还需要结合大数据处理技术,更要等待人工智能技术和产业的完善,超越照明本身,实现从智能照明到智慧照明的发展。

从连接控制的对象看,在万物互联的物联网时代,连接一切皆有可能,智能照明不仅给人提供照明的手段,还可以和其他的系统进行互动控制,光已经成为一种新的智能语言,提供更广阔的超越照明的业务。

在智能家居照明中,智能照明可以他其他智能家居系统
比如安防系统,娱乐系统进行语音互动,应用AI
技术,让系统更加智能,可以让人、照明,家居设备之间有无缝的互动,让人的生活更加便利,更加丰富,更加安全;在商业楼宇,大型商超中,无处不在智能照明系统可以结合以太网通信基础设施,通过以太网供电将智能照明系统和以太网物联网通信系统完美融合,更进一步,
结合可见光通信VLc,提供高速安全的Li-Fi无线通信接
入,或利用可见光定位服务,让你的购物更加便利更加有趣。

在智能城市照明中,充分发挥路灯带电的位置资源,结合传感器、视频监控、显示屏、无线通信基站、充电桩等设备,建设多功能路灯系统,作为基础设施,
将在智能城市建设中发挥更大作用。

另一方面,智能照明不仅提供在家居,楼宇,城市道路这些环境中提供以人为中心的照明,也跨越到给万物提供照明,比如动植物照明,这个也是一个很广阔的应用领域,
但是需要更多研究针对不同动植物照明的光配方和新的照明计量方法。