萬勇

有機發(fā)光二極管（OLED）的研究當前還處于初級階段，所涵蓋的應用領域正在不斷拓展，但主要包括手機、可穿戴設備、汽車設備等在內(nèi)的小型電子器件。隨著科學技術日新月異的發(fā)展，OLED相比于其他顯示及照明技術的優(yōu)勢正在不斷凸顯，而價格及維護成本高、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，前者主要關注的是在固態(tài)照明領域需要開展更多具體的研究方向，后者則是能源部預測的功效進展和節(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)革新機構（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以及上游產(chǎn)業(yè)鏈材料、設備、工藝等的優(yōu)勢，日本依然是行業(yè)的領軍者。

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，國務院頒布的《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》將“開發(fā)有機發(fā)光顯示技術，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OLED等新一代顯示技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，攻克OLED產(chǎn)業(yè)共性關鍵技術和關鍵裝備、材料，提高OLED照明的經(jīng)濟性”。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》，強調(diào)“新型顯示是信息產(chǎn)業(yè)重要的戰(zhàn)略性和基礎性產(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，“提升核心基礎硬件供給能力，實現(xiàn)主動矩陣有機發(fā)光二極管、柔性顯示等技術國產(chǎn)化突破及規(guī)模應用”。

二、OLED行業(yè)的發(fā)展概況

1.顯示行業(yè)

當前，全球消費電子產(chǎn)業(yè)正面臨著轉(zhuǎn)型升級，顯示技術也正處于快速發(fā)展階段，以OLED為代表的新型顯示技術與產(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、響應快、能耗低等，被產(chǎn)業(yè)界視為是替代當前主流液晶面板的新型顯示技術之一。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)的幾大手機廠商也紛紛投向OLED。

韓國LG顯示計劃在韓國投資建設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，預計在2019年量產(chǎn)，產(chǎn)能為6萬片/月。據(jù)預測，2018年下半年新款iPhone手機將采用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，武漢華星光電技術有限公司擬在武漢東湖高新區(qū)投資350億元建設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依舊掌握在發(fā)達國家，特別是柔性OLED的核心技術。

2.照明行業(yè)

當前，白光OLED顯示的亮度達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、研究機構內(nèi)部研發(fā)，技術水平尚有一定差距。2015年，全球OLED照明市場規(guī)模達到121億美元，比2010年美國能源部的預期提早了3年。

隨著人們環(huán)保意識的增強，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)。當然，OLED照明產(chǎn)品的壽命延長等特性問題也是當前企業(yè)需要重點關注的技術突破方向。

三、OLED研究的新進展

1.制備技術突破與效率提升

OLED制備技術會影響到發(fā)光亮度、對比度、發(fā)光效率、使用壽命及器件穩(wěn)定性等。北京大學深圳研究生院新材料學院孟鴻教授率領的研究團隊突破傳統(tǒng)三明治結(jié)構，提出共平面電極結(jié)構：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。除了無機電致變色，該器件還適用于印刷型OLED制備技術[2]。德國弗勞恩霍夫協(xié)會Beatrice Beyer博士等人通過化學氣相沉積法，以甲烷為碳源、銅板為襯底，將石墨烯應用于制備OLED電極。這盡管不是首次在其構造中使用石墨烯的柔性顯示器，但卻是第一次引入OLED技術，向著全色屏幕和快速響應邁出了一大步[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OLED，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)設備的最低要求[4]。

蘇州大學馮敏強教授團隊以激光復合物為主體，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]。清華大學段煉教授團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109 lm/W[6]。韓國高等科學技術學院Ki-Hun Jeong課題組受螢火蟲非對稱性及分層發(fā)光結(jié)構的啟發(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]。吉林大學孫洪波和馮晶教授團隊利用可編程激光屈曲技術，當應力分別為70 %、40 %和0 %時，制備出的柔性OLED設備最大發(fā)光效率分別達到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)定高效藍光材料仍是一大瓶頸。中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構研究所盧燦忠教授課題組開發(fā)出一類新的有機小分子熱活化延遲熒光材料：B-oTC，濃度淬滅效應較小，純膜光致發(fā)光效率高達94%，用其制備的非摻雜藍光OLED器件外量子效率可達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，受制于其響應時間相對較慢，應用有所限制。美國麻省理工學院、加州大學伯克利分校和東北大學組成的聯(lián)合團隊研究發(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)射熒光的響應時間[11]。

中國科學院化學研究所和理化技術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，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分別達到23.2%和21.1%[12]。上海大學王子興博士團隊制備的熱活化延遲熒光材料以三嗪骨架為基礎，制得的綠光OLED器件的效率達到了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、東英吉利大學和東芬蘭大學組成的聯(lián)合團隊基于碳烯-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]。密歇根州立大學制出由包含納米材料的有機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，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]。華南理工大學朱旭輝教授團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1 000 cd/m2時，藍色熒光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?，從而加大了該技術與產(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)保的顯示設備。

①合理發(fā)揮國內(nèi)的政策優(yōu)勢。當前，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)化的進程。

③國內(nèi)各大企業(yè)建設技術交流平臺，如設備共享、人員流動的公共技術研發(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)權領域的保護工作，實現(xiàn)完善的國內(nèi)企業(yè)與研究機構的知識產(chǎn)權體系。

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