萬勇

有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）的研究當(dāng)前還處于初級階段，所涵蓋的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷拓展，但主要包括手機(jī)、可穿戴設(shè)備、汽車設(shè)備等在內(nèi)的小型電子器件。隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，OLED相比于其他顯示及照明技術(shù)的優(yōu)勢正在不斷凸顯，而價格及維護(hù)成本高、壽命短等缺點也在逐漸被克服。本文從國內(nèi)外的發(fā)展政策、行業(yè)概況及新的研究進(jìn)展等角度開展了粗淺的介紹，并提出了初步的發(fā)展建議。

一、國內(nèi)外對OLED發(fā)展的政策支撐

美國能源部每年都會更新“固態(tài)照明（Solid-State Lighting，SSL）研發(fā)計劃”，2017年版分為了“建議研究課題”和“建議研究課題副本”2份文件，前者主要關(guān)注的是在固態(tài)照明領(lǐng)域需要開展更多具體的研究方向，后者則是能源部預(yù)測的功效進(jìn)展和節(jié)能狀況。對于OLED，由于尚未突破實驗室外100 lm/W的瓶頸，發(fā)展趨勢相對LED遜色一些[1]。

2015年新年伊始，由日本顯示器公司、索尼、松下和日本半官方基金——產(chǎn)業(yè)革新機(jī)構(gòu)（Innovation Network Corporation of Japan，INCJ）聯(lián)合組建的OLED面板研發(fā)與生產(chǎn)企業(yè)JOLED開始運營。2017年12月，JOLED宣布研發(fā)出全球首款采用“印刷”技術(shù)的4K OLED面板產(chǎn)品。在該公司身上，可以很明顯地看到“日本國企”及“日本政府產(chǎn)業(yè)政策實施主體”的影子。官民基金的直接參與也彰顯了政府對面板產(chǎn)業(yè)的積極扶持態(tài)度。近年來，盡管在核心面板產(chǎn)能和市場份額方面被韓國超越，然而如果計算積累的專利技術(shù)以及上游產(chǎn)業(yè)鏈材料、設(shè)備、工藝等的優(yōu)勢，日本依然是行業(yè)的領(lǐng)軍者。

我國在支持OLED產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，近年來完善并出臺了多項政策。早在2006年2月，國務(wù)院頒布的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》將“開發(fā)有機(jī)發(fā)光顯示技術(shù)，建立平板顯示材料與器件產(chǎn)業(yè)鏈”列為優(yōu)先主題。2012年7月，國務(wù)院《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出，“加快推進(jìn)OLED等新一代顯示技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，攻克OLED產(chǎn)業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵裝備、材料，提高OLED照明的經(jīng)濟(jì)性”。2014年，國家發(fā)展和改革委員會、工業(yè)和信息化部聯(lián)合頒布《2014-2016年新型顯示產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃》，強(qiáng)調(diào)“新型顯示是信息產(chǎn)業(yè)重要的戰(zhàn)略性和基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)”，推動包括OLED在內(nèi)的新型顯示成為新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重要支撐。2016年11月，《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出，“提升核心基礎(chǔ)硬件供給能力，實現(xiàn)主動矩陣有機(jī)發(fā)光二極管、柔性顯示等技術(shù)國產(chǎn)化突破及規(guī)模應(yīng)用”。

二、OLED行業(yè)的發(fā)展概況

1.顯示行業(yè)

當(dāng)前，全球消費電子產(chǎn)業(yè)正面臨著轉(zhuǎn)型升級，顯示技術(shù)也正處于快速發(fā)展階段，以O(shè)LED為代表的新型顯示技術(shù)與產(chǎn)業(yè)日新月異。OLED最突出的特點在于超薄、柔性曲面，而且色彩豐富、對比度高、響應(yīng)快、能耗低等，被產(chǎn)業(yè)界視為是替代當(dāng)前主流液晶面板的新型顯示技術(shù)之一。作為OLED面板的龍頭企業(yè)，韓國三星顯示和LG顯示分別在小尺寸和大尺寸研發(fā)方面投入了數(shù)十億美元。特別是2017年9月上市的iPhone X采用OLED面板，使得2017年全球OLED面板市場規(guī)模有望實現(xiàn)12.3%的增長。國內(nèi)的幾大手機(jī)廠商也紛紛投向OLED。

韓國LG顯示計劃在韓國投資建設(shè)10.5代和6代OLED生產(chǎn)線各一條，并在廣州開工8.5代OLED面板生產(chǎn)線，預(yù)計在2019年量產(chǎn)，產(chǎn)能為6萬片/月。據(jù)預(yù)測，2018年下半年新款iPhone手機(jī)將采用OLED屏。作為iPhone的面板主要提供商，三星顯示占據(jù)了全球中小尺寸OLED約95%的出貨量，并計劃在2021年前對韓國的OLED工廠注資至少9億美元，用以擴(kuò)大OLED顯示屏的產(chǎn)能，還將研發(fā)大尺寸OLED屏幕。

2017年3月，武漢華星光電技術(shù)有限公司擬在武漢東湖高新區(qū)投資350億元建設(shè)6代LTPS-AMOLED柔性顯示面板生產(chǎn)線。2017年8月，京東方稱計劃出資6.7億元，在昆明建設(shè)國內(nèi)首條大型OLED微顯示器件。此前，京東方已在四川綿陽、內(nèi)蒙古鄂爾多斯、四川成都等地開工建設(shè)了4條OLED面板生產(chǎn)線。盡管從事OLED研發(fā)的廠商較多，然而其最前沿的核心技術(shù)依舊掌握在發(fā)達(dá)國家，特別是柔性O(shè)LED的核心技術(shù)。

2.照明行業(yè)

當(dāng)前，白光OLED顯示的亮度達(dá)到了普通照明燈光的3倍，壽命超過8萬h。前幾年，包括德國歐司朗、荷蘭飛利浦等在內(nèi)專注于研究OLED照明產(chǎn)業(yè)的大型企業(yè)開始量產(chǎn)OLED照明設(shè)備，但國內(nèi)卻鮮有廠家涉足。白光OLED的研發(fā)成果多為歐美日的企業(yè)，國內(nèi)研究暫停留在高校、研究機(jī)構(gòu)內(nèi)部研發(fā)，技術(shù)水平尚有一定差距。2015年，全球OLED照明市場規(guī)模達(dá)到121億美元，比2010年美國能源部的預(yù)期提早了3年。

隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，以及OLED產(chǎn)品成本的逐漸降低，OLED照明產(chǎn)品的需求有望被大大激發(fā)。當(dāng)然，OLED照明產(chǎn)品的壽命延長等特性問題也是當(dāng)前企業(yè)需要重點關(guān)注的技術(shù)突破方向。

三、OLED研究的新進(jìn)展

1.制備技術(shù)突破與效率提升

OLED制備技術(shù)會影響到發(fā)光亮度、對比度、發(fā)光效率、使用壽命及器件穩(wěn)定性等。北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院孟鴻教授率領(lǐng)的研究團(tuán)隊突破傳統(tǒng)三明治結(jié)構(gòu)，提出共平面電極結(jié)構(gòu)：把兩個電極放置在同一平面層，再在其上方覆以介電層和發(fā)光層，研制出新型電致發(fā)光器件。除了無機(jī)電致變色，該器件還適用于印刷型OLED制備技術(shù)[2]。德國弗勞恩霍夫協(xié)會Beatrice Beyer博士等人通過化學(xué)氣相沉積法，以甲烷為碳源、銅板為襯底，將石墨烯應(yīng)用于制備OLED電極。這盡管不是首次在其構(gòu)造中使用石墨烯的柔性顯示器，但卻是第一次引入OLED技術(shù)，向著全色屏幕和快速響應(yīng)邁出了一大步[3]。荷蘭Holst研究中心與美國陶瓷企業(yè)ENrG開展了一項聯(lián)合研究，在20～40 μm厚度的陶瓷基底上創(chuàng)造出首個以陶瓷為基底的大面積柔性O(shè)LED，并可承受1000 ℃的高溫，水蒸氣透過率低于8.5×10-7g/m2/天，滿足商業(yè)設(shè)備的最低要求[4]。

蘇州大學(xué)馮敏強(qiáng)教授團(tuán)隊以激光復(fù)合物為主體，并與二極管彩色磷光染料相混合，使得效率大為提升（發(fā)光效率LE為105.0 lm/W，電流效率CE為83.6 cd/A，外量子效率EQE為28.1 %），并實現(xiàn)了較好的色彩穩(wěn)定性[5]。清華大學(xué)段煉教授團(tuán)隊分別以熱活化延遲熒光材料和新型蒽/吡啶衍生物作為主體材料和電子傳輸材料，制備得到綠色磷光OLED，器件優(yōu)化之后在3V電壓、10 000 cd/m2下，功率效率（PE）可高達(dá)109 lm/W[6]。韓國高等科學(xué)技術(shù)學(xué)院Ki-Hun Jeong課題組受螢火蟲非對稱性及分層發(fā)光結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，制備得到一種仿生OLED，不僅光提取效率提高了60 %，而且照明角度拓寬了15 %[7]。吉林大學(xué)孫洪波和馮晶教授團(tuán)隊利用可編程激光屈曲技術(shù)，當(dāng)應(yīng)力分別為70 %、40 %和0 %時，制備出的柔性O(shè)LED設(shè)備最大發(fā)光效率分別達(dá)到70 cd/A、68.5 cd/A和72.5 cd/A，可實現(xiàn)15 000次拉伸-壓縮循環(huán)，創(chuàng)下同類型研究的新高[9]。

2.發(fā)光材料新選擇

OLED的核心部分是發(fā)光材料，當(dāng)前基于鉑系重金屬配合物的綠光、紅光材料的效率及穩(wěn)定性已可滿足實用化需求，而穩(wěn)定高效藍(lán)光材料仍是一大瓶頸。中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所盧燦忠教授課題組開發(fā)出一類新的有機(jī)小分子熱活化延遲熒光材料：B-oTC，濃度淬滅效應(yīng)較小，純膜光致發(fā)光效率高達(dá)94%，用其制備的非摻雜藍(lán)光OLED器件外量子效率可達(dá)19.1%[10]。二維材料分子聚集體是高效的發(fā)光體，然而作為新型光電子器件的組件，受制于其響應(yīng)時間相對較慢，應(yīng)用有所限制。美國麻省理工學(xué)院、加州大學(xué)伯克利分校和東北大學(xué)組成的聯(lián)合團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)，將這些材料與銀等薄層金屬相結(jié)合，可提高光脈沖速度10倍以上，從而縮短晶格發(fā)射熒光的響應(yīng)時間[11]。

中國科學(xué)院化學(xué)研究所和理化技術(shù)研究所基于芳香族酰亞胺，研發(fā)出一種新的熱活化延遲熒光材料，具有供體-受體-供體結(jié)構(gòu)，其瞬態(tài)PL光譜的溫度依賴性延遲性能突出，OLED在摻雜AI-Cz和AlTBCz后性能顯著，EQE分別達(dá)到23.2%和21.1%[12]。上海大學(xué)王子興博士團(tuán)隊制備的熱活化延遲熒光材料以三嗪骨架為基礎(chǔ)，制得的綠光OLED器件的效率達(dá)到了93 lm/W，并提出了該材料作為主體材料時的能量傳遞模型[13]。

英國劍橋大學(xué)、東英吉利大學(xué)和東芬蘭大學(xué)組成的聯(lián)合團(tuán)隊基于碳烯-金屬-酰胺，研制出一種新型的供體-橋-受體線性發(fā)光分子，通過三重態(tài)表現(xiàn)出快速的發(fā)射性能[14]。密歇根州立大學(xué)制出由包含納米材料的有機(jī)化合物等多種材料組成的智能織物，將其溶解制成電子墨水后，借助于噴墨打印機(jī)，可得到OLED等電子器件。下一步將該電路與OLED組合成為一個單像元后，有望實現(xiàn)商業(yè)化[15]。華南理工大學(xué)朱旭輝教授團(tuán)隊利用菲咯啉基分子，制備得到高玻璃化溫度（Tg）電子傳輸材料Phen-m-PhDPO。將其作為空穴阻擋材料，當(dāng)1 000 cd/m2時，藍(lán)色熒光OLED器件具有較好的電致發(fā)光性能：16 cd/A、13 lm/W；恒電流驅(qū)動下，器件穩(wěn)定性t 90≈200 h[16]。

四、發(fā)展建議

OLED顯示與照明是實現(xiàn)生態(tài)文明建設(shè)的有效途徑之一。我國政府也正是意識到OLED未來的發(fā)展?jié)摿Γ瑥亩哟罅嗽摷夹g(shù)與產(chǎn)業(yè)的重視程度，推出了一系列支持研發(fā)的政策措施。以顯示為例，OLED將與當(dāng)前的TFT/LCD形成有力競爭，甚至超越、取代后者，成為新一代更環(huán)保的顯示設(shè)備。

①合理發(fā)揮國內(nèi)的政策優(yōu)勢。當(dāng)前，國內(nèi)較為提倡自主創(chuàng)新，并已相繼出臺了諸多推動OLED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策措施。在自主研發(fā)創(chuàng)新方面，尤其是人才培養(yǎng)方面，需要加大投入。并注重攻克OLED項目研發(fā)中的技術(shù)難點。

②完善OLED產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。通過加大上游原材料的研發(fā)，完善產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)由原材料引發(fā)的成本障礙。同時，完善產(chǎn)業(yè)鏈，也有助于加快產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。

③國內(nèi)各大企業(yè)建設(shè)技術(shù)交流平臺，如設(shè)備共享、人員流動的公共技術(shù)研發(fā)平臺。通過互幫互助、通力合作，推動OLED產(chǎn)業(yè)的更好更快發(fā)展。同時，注重知識產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域的保護(hù)工作，實現(xiàn)完善的國內(nèi)企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)的知識產(chǎn)權(quán)體系。

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