CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，在顯示技術(shù)領(lǐng)域，有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）憑借其自發(fā)光、高對比度、廣色域等優(yōu)勢，已深度融入智能手機(jī)、電視、可穿戴設(shè)備等終端產(chǎn)品。然而，長期以來，“光提取效率低”“平面性與性能難以兼顧”“像素間光學(xué)串?dāng)_” 三大技術(shù)瓶頸，始終限制著OLED在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、車載顯示、超高清電視等高端領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

近日根據(jù)外媒pubmed報道，韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）的研究人員在《Nature Communications》期刊上發(fā)表了一項(xiàng)重要的研究成果。他們創(chuàng)新研發(fā)的“近平面光出耦合結(jié)構(gòu)（LOS，Light Outcoupling Optical Structures）”，成功打破了傳統(tǒng)技術(shù)的桎梏，在保持OLED超薄平面特性的同時，將器件外量子效率（EQE）提升至48.0%，電流效率高達(dá)192 cd/A，性能可與宏觀半球透鏡相媲美，卻完美規(guī)避了傳統(tǒng)方案的缺陷，為下一代高效、無串?dāng)_顯示技術(shù)的發(fā)展開辟了全新道路。

研究背景：OLED效率與應(yīng)用的雙重枷鎖

OLED技術(shù)自誕生以來，便以其卓越的顯示性能備受關(guān)注。隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，OLED 的內(nèi)部量子效率（IQE）已能達(dá)到接近100%的水平，理論上可實(shí)現(xiàn)極高的發(fā)光效率。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于OLED層狀結(jié)構(gòu)的固有特性，大量光線被束縛在基板或有機(jī)層內(nèi)部，無法有效輸出到空氣中，導(dǎo)致外部量子效率（EQE）通常僅能維持在20%左右，這一巨大差距成為制約OLED性能發(fā)揮的關(guān)鍵。

深入剖析光線損耗的根源，主要可分為三大類。首先是表面等離激元極化子（SPP）模式損耗，在金屬電極與有機(jī)層的界面處，部分光線會轉(zhuǎn)化為SPP模式的能量并被吸收；其次是波導(dǎo)模式損耗，光線在有機(jī)層與基板之間不斷反射傳播，難以突破界面限制；最后是基板模式損耗，光線在基板與空氣界面因全反射作用被鎖在基板內(nèi)部，這部分損耗占總光功率的比例高達(dá)30%左右，是影響OLED外量子效率的核心因素。

為解決光線被困問題，行業(yè)內(nèi)曾積極探索多種解決方案，但均存在明顯短板，難以實(shí)現(xiàn)性能與應(yīng)用的平衡。宏觀半球透鏡是其中一種方案，它能夠最大限度地提取基板內(nèi)被困的光線，理論上可大幅提升光提取效率。然而，宏觀半球透鏡凸起高度較大，通常達(dá)到毫米級別，這嚴(yán)重破壞了OLED固有的平面性，使其無法適配超薄、柔性的顯示需求，在手機(jī)、AR設(shè)備等對尺寸和形態(tài)要求嚴(yán)苛的產(chǎn)品中難以應(yīng)用。

微透鏡陣列（MLAs）則是另一種主流方案，其透鏡高度僅為幾十微米，能夠較好地保持OLED的平面性。但微透鏡陣列的光提取效率有限，且對孔徑比（出光結(jié)構(gòu)面積與像素發(fā)光面積的比值）有著極高的要求。當(dāng)孔徑比降低至4時，微透鏡陣列的效率提升效果幾乎可以忽略不計，甚至可能出現(xiàn)負(fù)增益。更關(guān)鍵的是，微透鏡陣列通常需要覆蓋多個像素，容易導(dǎo)致像素邊緣模糊，引發(fā) “光學(xué)串?dāng)_” 現(xiàn)象，嚴(yán)重影響高分辨率顯示的畫質(zhì)，無法滿足超高清電視、高端手機(jī)屏幕等產(chǎn)品的需求。

“長期以來，OLED行業(yè)陷入了‘效率 - 平面性 - 畫質(zhì)’難以兼顧的困境，傳統(tǒng)方案始終無法找到三者的平衡點(diǎn)，這也成為制約OLED向更高端領(lǐng)域突破的主要障礙，”研究人員表示，如何在保持平面性的同時，大幅提升光提取效率并消除光學(xué)串?dāng)_，是團(tuán)隊(duì)研究的核心目標(biāo)。

創(chuàng)新方案：兩步式協(xié)同設(shè)計破解技術(shù)難題

面對該行業(yè)難題，KAIST研究團(tuán)隊(duì)跳出了“單一優(yōu)化出光結(jié)構(gòu)” 的傳統(tǒng)思維模式，創(chuàng)新性地提出了 “器件堆疊優(yōu)化 + 出光結(jié)構(gòu)設(shè)計” 的兩步式協(xié)同方案，從光線產(chǎn)生、傳輸?shù)捷敵龅娜鞒踢M(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，徹底破解了OLED的技術(shù)難題。

第一步：重構(gòu)器件堆疊，提升光線傳輸效率

傳統(tǒng)的OLED器件堆疊設(shè)計往往只關(guān)注如何將更多光線輸出到基板或空氣中，卻忽略了光線從發(fā)射區(qū)域到出光結(jié)構(gòu)之間的傳輸效率。針對這一問題，團(tuán)隊(duì)首次提出了 “角傳遞權(quán)重（ATW，Angular Transfer Weight）”的概念，用于定量描述OLED發(fā)射孔徑（EA，即像素的發(fā)光區(qū)域）與出光結(jié)構(gòu)接收孔徑（RA）之間的光線傳輸效率。ATW值的高低直接反映了從EA發(fā)出的光線能夠成功抵達(dá)RA的比例，ATW值越高，意味著光線在傳輸過程中的損耗越小，為后續(xù)高效出光奠定良好基礎(chǔ)。

為了最大化ATW值，團(tuán)隊(duì)基于耦極子嵌入微腔模型，對OLED的電子傳輸層（ETL）和空穴傳輸層（HTL）的厚度進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化。通過大量的實(shí)驗(yàn)與模擬分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電子傳輸層和空穴傳輸層的厚度均設(shè)定為50nm時，器件發(fā)射的光線會集中在 “低極角范圍”（即靠近基板法線的方向）。這種光線分布特性能夠讓更多光線精準(zhǔn)地指向RA，有效減少了光線在傳輸過程中的分散與損耗，使得 “發(fā)射孔徑到接收孔徑的功率傳輸效率（ηIAPD）”超過了47%。

雖然此時 “基板總功率傳輸效率（ηto-sub）” 略低于傳統(tǒng)的器件設(shè)計方案，但ηIAPD的顯著提升，確保了更多光線能夠有效到達(dá)出光結(jié)構(gòu)，為后續(xù)的高效光提取創(chuàng)造了有利條件?！斑@就如同調(diào)整手電筒的光斑，讓光線集中照射到目標(biāo)區(qū)域，而不是分散到無關(guān)的空間中，極大地提高了光線的利用效率，”研究人員解釋道，這種以“光線有效傳輸” 為核心的設(shè)計思路，打破了傳統(tǒng)設(shè)計中 “追求基板總功率最大化” 的固有思維，是實(shí)現(xiàn)OLED效率突破的關(guān)鍵第一步。

第二步：設(shè)計低剖面LOS，實(shí)現(xiàn)高效光提取

在優(yōu)化器件堆疊結(jié)構(gòu)、提升光線傳輸效率的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了出光結(jié)構(gòu)的設(shè)計，成功開發(fā)出了三種具有近平面特性的LOS，分別為LP30-LOS、UH-LOS和PS-LOS，其中 LP30-LOS在性能與實(shí)用性方面表現(xiàn)最為突出。

LP30-LOS采用了 “徑向壓縮宏觀半球透鏡” 的創(chuàng)新設(shè)計理念，在保留宏觀半球透鏡高折射能力的同時，將其最大高度（tLOS）大幅壓縮至僅50微米，與傳統(tǒng)的微透鏡陣列高度相當(dāng)，完美保持了OLED的平面性 。該結(jié)構(gòu)的設(shè)計細(xì)節(jié)極具巧思，其中心區(qū)域采用 “臺面狀平面結(jié)構(gòu)”，不僅進(jìn)一步確保了器件整體的平面性，還能減少光線在中心區(qū)域的反射損耗；而邊緣區(qū)域則設(shè)計為特殊的曲率結(jié)構(gòu)（被團(tuán)隊(duì)稱為 “C-edge”），這種曲率設(shè)計能夠?qū)⒒鍍?nèi)以大角度傳播的被困光線，通過折射作用轉(zhuǎn)向空氣方向，同時最大限度地減少光線反射回有機(jī)層的比例。

傳統(tǒng)的微透鏡陣列由于結(jié)構(gòu)限制，大量光線在經(jīng)過透鏡后會反射回有機(jī)層，造成嚴(yán)重的光損耗，而LP30-LOS的邊緣曲率設(shè)計則有效解決了這一問題，大幅提高了光線 “一次出光成功率”。更重要的是，LP30-LOS無需依賴大孔徑比來保證光提取效率。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)RA與EA的半徑比（rRA/rEA）僅為2時，LP30-LOS仍能實(shí)現(xiàn)高效的光提取，這一特性使其能夠直接集成到單個像素內(nèi)部，從根本上避免了傳統(tǒng)微透鏡陣列 “跨像素覆蓋” 所導(dǎo)致的光學(xué)串?dāng)_問題。

“將出光結(jié)構(gòu)集成到單個像素內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)高分辨率顯示‘無串?dāng)_’的關(guān)鍵所在。這一設(shè)計讓OLED在高畫質(zhì)與高效率之間找到了完美的平衡點(diǎn)，為超高清顯示技術(shù)的發(fā)展提供了全新的可能，”研究人員強(qiáng)調(diào)。

性能驗(yàn)證：數(shù)據(jù)彰顯技術(shù)優(yōu)勢

為了全面驗(yàn)證新型近平面出光結(jié)構(gòu)的性能，KAIST團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)測試，結(jié)果表明，搭載LP30-LOS的OLED器件在各項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)上均實(shí)現(xiàn)了對傳統(tǒng)方案的全面超越。

在效率方面，搭載LP30-LOS的OLED器件表現(xiàn)極為亮眼。其峰值EQE達(dá)到了48.0%，電流效率（CE）更是高達(dá)192 cd/A。與裸OLED器件（EQE 35.6%、CE 102 cd/A）相比，EQE提升了34.8%，CE提升了88.2%；即使與搭載微透鏡陣列（MLAs）的OLED器件（EQE 35.4%、CE 150 cd/A）相比，也實(shí)現(xiàn)了顯著優(yōu)勢，EQE提升了35.6%，CE提升了28%。

更令人振奮的是，當(dāng)rRA/rEA提升至3時，器件的性能進(jìn)一步提升，EQE達(dá)到了57.2%，CE則高達(dá)217 cd/A，這一性能水平已接近宏觀半球透鏡（EQE約43.75%、CE約400.5 cd/A），但在平面性和集成性方面，LP30-LOS遠(yuǎn)超宏觀半球透鏡，能夠更好地滿足各類顯示產(chǎn)品的需求 。

在定向出光性能上，LP30-LOS同樣展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢。在AR設(shè)備、車載顯示等應(yīng)用場景中，“小角度出光效率” 至關(guān)重要，它直接影響著顯示畫面的可見性和用戶體驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，搭載LP30-LOS的OLED器件在θout≤30° 范圍內(nèi)的EQE30達(dá)到了16.4%，是裸OLED 器件（9.30%）的1.76倍。這一特性使得器件能夠更好地適配人眼的視覺范圍，減少環(huán)境光對顯示效果的干擾，為AR、車載顯示等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了有力支持。

在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面，LP30-LOS具備極強(qiáng)的抗偏移能力，這一特性對于大規(guī)模量產(chǎn)至關(guān)重要。在器件組裝過程中，“對準(zhǔn)誤差” 難以完全避免，而傳統(tǒng)出光結(jié)構(gòu)對對準(zhǔn)精度要求極高，輕微的偏移就會導(dǎo)致性能大幅下降。但實(shí)驗(yàn)表明，即使LP30-LOS與EA存在35%的徑向偏移，其EQE仍能保持初始值的95%以上。這種 “高容錯性” 使得LP30-LOS能夠完美適配現(xiàn)有光刻、納米壓印等量產(chǎn)工藝，大幅降低了產(chǎn)業(yè)化的難度和成本。

此外，團(tuán)隊(duì)通過 “跨尺度光學(xué)模擬” 對技術(shù)潛力進(jìn)行了進(jìn)一步挖掘。模擬結(jié)果顯示，若對LOS結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，UH-LOS（另一款出光結(jié)構(gòu)）的EQE可達(dá)到87.2%，LP30-LOS的CE則可提升至410 cd/A。這一模擬結(jié)果充分展現(xiàn)了該技術(shù)的巨大發(fā)展?jié)摿Γ寴I(yè)界對OLED的未來性能充滿期待。

中國AMOLED顯示材料市場分析報告（大綱）

第一章 OLED顯示行業(yè)發(fā)展概述

一、 OLED顯示行業(yè)基本介紹

1. OLED產(chǎn)品分類

2. OLED基本結(jié)構(gòu)

3. OLED發(fā)光原理

4. OLED發(fā)展歷程

二、 AMOLED顯示行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分析

1. AMOLED顯示面板整體材料結(jié)構(gòu)分析

2. AMOLED顯示面板制造生產(chǎn)工藝流程分析

第二章 全球中小尺寸AMOLED顯示材料市場發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

一、 全球中小尺寸AMOLED顯示面板市場發(fā)展綜述

1. 2018-2025年全球中小尺寸AMOLED顯示面板市場需求分析

1.1 智能手機(jī)

1.2 筆記本電腦

1.3 車載顯示

1.4 可穿戴

1.5 其他

2. 2018-2025年全球中小尺寸AMOLED顯示面板市場供應(yīng)分析

2.1 韓國

2.2 中國大陸

2.3 其他

3. 全球AMOLED顯示面板重點(diǎn)企業(yè)分析

3.1 三星顯示SDC

3.2 樂金顯示LGD

3.3 京東方BOE

3.4 TCL華星CSOT

3.5 天馬集團(tuán)Tianma

3.6 維信諾Visionox

3.7 和輝光電Everdisplay

3.8 信利Truly

3.9 友達(dá)光電AUO

3.10 日本顯示器JDI

3.11 夏普Sharp

二、 全球中小尺寸AMOLED顯示材料市場發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

1. 全球中小尺寸AMOLED發(fā)光層材料市場規(guī)模分析

1.1 2018-2025年全球中小尺寸AMOLED發(fā)光層材料市場規(guī)模預(yù)測

1.2 2019-2020年全球中小尺寸AMOLED發(fā)光層材料供應(yīng)商出貨量排名

1.3 2019-2020年全球中小尺寸AMOLED發(fā)光層材料供應(yīng)商營收規(guī)模排名

2. 2018-2025年全球中小尺寸AMOLED共通層材料市場規(guī)模預(yù)測

2.1 2018-2025年全球中小尺寸AMOLED共通層材料市場規(guī)模預(yù)測

2.2 2019-2020年全球中小尺寸AMOLED共通層材料供應(yīng)商出貨量排名

2.3 2019-2020年全球中小尺寸AMOLED共通層材料供應(yīng)商營收規(guī)模排名

第三章 中國AMOLED顯示材料市場競爭格局分析

一、 中國AMOLED顯示材料廠商市場競爭格局分析

1. 中國AMOLED發(fā)光層材料廠商市場規(guī)模分析

1.2 2019-2020年中國中小尺寸AMOLED發(fā)光層材料供應(yīng)商出貨量排名

1.3 2019-2020年中國中小尺寸AMOLED發(fā)光層材料供應(yīng)商營收規(guī)模排名

2. 中國AMOLED共通層材料廠商市場規(guī)模分析

2.2 2019-2020年中國中小尺寸AMOLED共通層材料供應(yīng)商出貨量排名

2.3 2019-2020年中國中小尺寸AMOLED共通層材料供應(yīng)商營收規(guī)模排名

3. 中國AMOLED顯示材料供應(yīng)商市場競爭格局分析（司南理論分析模型框架）

3.1 市場滲透力分析

3.2 產(chǎn)品競爭力分析

3.3 技術(shù)延展力分析

3.4 資源整合力分析

3.5 綜合運(yùn)營力分析

二、 中國AMOLED顯示材料供應(yīng)商產(chǎn)業(yè)地圖

1. 華東地區(qū)

2. 華北地區(qū)

3. 華中地區(qū)

4. 華南地區(qū)

第四章 總結(jié)和建議

一、 產(chǎn)業(yè)機(jī)遇與相關(guān)建議

二、 產(chǎn)業(yè)挑戰(zhàn)與相關(guān)建議

三、 其他

馬女士 Ms. Ceres

TEL：（+86）137-7604-9049

Email：CeresMa@cinno.com.cn

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