1. 引言
有機發光二極管（OLED）代表咗光電領域嘅一項革命性技術，已成為全彩顯示同環保照明嘅領先解決方案。自1987年Tang同Van Slyke嘅開創性工作以來，憑藉其卓越嘅色彩品質、廣闊視角、柔韌性以及無汞製造工藝，OLED技術取得咗顯著發展。本綜述整合咗材料、器件物理同工程策略方面嘅最新進展，描繪咗從基礎研究到商業智能照明同顯示應用嘅發展路徑。
2. 發光機制
OLED嘅效率根本上取決於電致發光材料將電能轉化為光能嘅能力。目前研究主要由三種主要機制主導。
2.1 熒光
傳統熒光利用單重態激子，但受最大內部量子效率（IQE）25%嘅限制，因為根據自旋統計學，只有25%由電產生嘅激子係單重態。
2.2 磷光
磷光OLED（PHOLED）採用重金屬配合物（例如銥、鉑）來促進系間竄越，同時利用單重態同三重態激子。呢種方法可以實現高達100%嘅IQE，但通常以高亮度下效率下降同材料成本較高為代價。
2.3 熱活化延遲熒光（TADF）
TADF材料通過使單重態同三重態之間具有較小嘅能隙（$\Delta E_{ST}$），允許反向系間竄越（RISC），從而喺唔使用重金屬嘅情況下實現100% IQE。RISC速率（$k_{RISC}$）至關重要，其表達式為：$k_{RISC} \propto \exp(-\Delta E_{ST}/kT)$。
3. 器件結構
優化有機層堆疊對於平衡電荷注入、傳輸、復合同光輸出耦合至關重要。
3.1 傳統結構
基本結構包括：陽極（ITO）/ 空穴注入層（HIL）/ 空穴傳輸層（HTL）/ 發光層（EML）/ 電子傳輸層（ETL）/ 陰極。每個界面嘅能級對齊對於最小化注入勢壘至關重要。
3.2 串聯式OLED
串聯結構通過電荷產生層（CGL）將多個電致發光單元串聯連接。呢種結構喺給定電流密度下倍增亮度，顯著提高壽命同效率。總電壓大致係各個單元電壓嘅總和。
3.3 堆疊式同微腔結構
精確控制層厚度可以產生微腔效應，增強特定方向同波長嘅光發射，呢點對於顯示像素尤其有益。
4. 光提取策略
一個主要瓶頸係由於有機層/ITO/玻璃界面嘅全內反射，導致器件內約50-80%嘅產生光被捕獲。
4.1 內部光捕獲
光子會損失喺有機層/ITO層內嘅波導模式同玻璃內嘅基板模式中。耦合到每種模式嘅光比例取決於折射率：$n_{org} \approx 1.7-1.8$，$n_{ITO} \approx 1.9-2.0$，$n_{glass} \approx 1.5$。
4.2 外部提取技術
策略包括：
- 散射層：漫射表面或嵌入式散射粒子。
- 微透鏡陣列：附著喺基板上以增加逸出錐角。
- 圖案化基板/內部結構：布拉格光柵或光子晶體，用於重新引導被捕獲嘅光。
5. 柔性OLED同透明電極
顯示技術嘅未來在於柔韌性。呢點取決於開發堅固、柔性嘅透明導電電極（FTCE）來取代易碎嘅氧化銦錫（ITO）。有前景嘅替代方案包括：
- 導電聚合物： PEDOT:PSS，導電率可調，但存在環境穩定性問題。
- 金屬納米線網格： 銀納米線提供高導電性同柔韌性，但可能存在霧度同粗糙度問題。
- 石墨烯同碳納米管： 優異嘅機械性能，但大規模製備均勻、高導電性薄膜具有挑戰性。
- 薄金屬膜： 超薄銀或銀基複合材料，搭配介電層用於抗反射。
6. 應用與商業化
6.1 固態照明
OLED面板為建築同特種照明提供漫射、無眩光、可調嘅白光。關鍵指標係發光效率（lm/W）、顯色指數（CRI > 90適用於高品質照明）同壽命（LT70 > 50,000小時）。
6.2 顯示技術
OLED主導高端智能手機市場，並喺電視、筆記本電腦同汽車顯示領域不斷發展。優勢包括完美嘅黑色水平（無限對比度）、快速響應時間同外形自由度（柔性、可捲曲、透明）。
7. 未來展望
本綜述指出咗關鍵挑戰：進一步提高藍色發光體壽命、降低製造成本（特別係大面積器件）、以及開發用於長壽命柔性器件嘅封裝技術。將OLED與傳感器同電路集成，用於實現“智能”交互表面，係一個充滿前景嘅前沿領域。
8. 原創分析與專家評論
核心見解： OLED領域正處於一個關鍵嘅轉折點，從以顯示為中心嘅技術轉向為下一代以人為本嘅照明同智能表面奠定基礎平台。真正嘅競爭已經唔再僅僅係色彩純度或效率——而係關於系統級集成同製造經濟性。
邏輯流程： Zou等人正確地追溯咗從材料（TADF作為一種具有成本效益嘅100% IQE路徑）到器件光學（解決光提取問題）再到外形（柔韌性）嘅演變。然而，該綜述低估咗面向大面積顯示同照明嘅溶液處理（例如噴墨打印）嘅巨大轉變，呢個趨勢得到Kateeva同JOLED等公司嘅強調。正如IDTechEx同OLED協會嘅報告所指，行業嘅轉向係降低每尼特成本並實現新外形，而不僅僅係追求峰值EQE。
優點與不足： 該論文嘅優點在於其整體視角，將基礎物理同工程聯繫起來。一個顯著嘅不足（學術綜述中常見）係對可靠性同退化機制嘅討論極少。對於商業化而言，10,000小時內亮度下降5%（LT95）比峰值效率提高5%更具影響力。“綠色鴻溝”同藍色發光體穩定性——特別係對於TADF——仍然係致命弱點，呢一點喺Adachi等人嘅工作中被廣泛記錄。
可行建議： 對於投資者同研發管理者：1）押注TADF同混合材料： 未來係無金屬或最少金屬嘅系統，以實現成本同可持續性。2）將光輸出耦合作為倍增因子來關注： 光提取提高2倍可以改善每個器件指標，而且通常比開發新發光體更便宜。3）超越顯示器： 未來5年OLED嘅高價值利基市場在於生物醫學設備（可穿戴光療）、汽車內飾（共形照明）以及航空航天用超薄、輕量化照明。與鈣鈦礦LED（PeLED）研究嘅融合，正如劍橋大學Richard Friend教授團隊嘅平行工作所示，預示著有機-無機混合系統嘅未來，可能最終打破通用照明嘅性價比障礙。
9. 技術細節與實驗結果
關鍵公式 - 外部量子效率（EQE）： 整體器件效率由以下公式給出： $$EQE = \gamma \times \eta_{r} \times \Phi_{PL} \times \eta_{out}$$ 其中$\gamma$係電荷平衡因子，$\eta_{r}$係激子形成比率（熒光為25%，磷光/TADF約為100%），$\Phi_{PL}$係發光體嘅光致發光量子產率，$\eta_{out}$係光輸出耦合效率（通常為20-30%）。
實驗結果與圖表描述： 綜述引用咗最先進器件嘅成果：
- 綠色TADF OLED： EQE > 35%，CIE坐標接近（0.30, 0.65）。
- 藍色磷光OLED： 喺1000 cd/m²亮度下，LT70（亮度衰減至初始值70%嘅時間）超過500小時，EQE約25%。呢個仍然係顯示應用嘅關鍵基準。
- 柔性白光OLED： 對於照明，已經展示咗基於PET基板嘅柔性器件，發光效率為80 lm/W，CRI為85，顯示咗向卷對卷製造邁進嘅進展。
10. 分析框架與案例研究
框架：OLED技術成熟度與價值矩陣
為咗評估任何OLED進展，我哋提出一個雙軸框架：
- X軸：技術成熟度等級（TRL 1-9）： 從基礎研究（TRL 1-3）到商業產品（TRL 9）。
- Y軸：價值乘數： 對系統成本、性能或新市場創造嘅潛在影響（低/中/高）。
案例研究：應用框架
技術： 銀納米線（AgNW）柔性電極。
分析：
- TRL： 7-8。已被多家公司集成到原型柔性顯示同照明面板中。
- 價值乘數： 高。 實現咗柔韌性呢個核心特性，減少對稀缺銦嘅依賴，並且兼容低溫、卷對卷處理，降低製造成本。
- 結論： 一個高優先級嘅發展領域。主要障礙唔係基礎性嘅，而係工程性嘅：改善彎曲同濕度下嘅長期穩定性，以及降低電極粗糙度以防止器件短路。
11. 未來應用與方向
- 生物集成光電子學： 用於植入式或可穿戴光療設備嘅超薄、柔性OLED，例如用於針對性治療黃疸或季節性情感障礙。
- 透明同交互表面： 兼具顯示或光源功能嘅窗戶，以及具有無縫、共形照明同信息顯示嘅汽車儀表板。
- 神經形態顯示/照明： 將OLED與薄膜傳感器同處理器集成，創造出能夠根據使用者晝夜節律或任務調整色溫同亮度嘅表面，超越靜態“智能”，邁向真正響應式環境。呢個領域嘅研究正喺MIT媒體實驗室同Holst中心等機構開創。
- 可持續製造： 一個主要嘅未來方向係開發使用綠色溶劑、完全溶液處理、卷對卷製造嘅OLED，以降低大面積照明應用嘅成本同環境影響。
12. 參考文獻
- Tang, C. W. & VanSlyke, S. A. Organic electroluminescent diodes. Appl. Phys. Lett. 51, 913 (1987). （奠基性工作）。
- Uoyama, H. et al. Highly efficient organic light-emitting diodes from delayed fluorescence. Nature 492, 234–238 (2012). （TADF開創性論文）。
- IDTechEx. OLED Display Forecasts, Players and Opportunities 2024-2034. （市場分析報告）。
- Adachi, C. Third-generation organic electroluminescence materials. Jpn. J. Appl. Phys. 53, 060101 (2014). （關於TADF同器件物理嘅綜述）。
- Friend, R. H. et al. Electroluminescence in conjugated polymers. Nature 397, 121–128 (1999). （聚合物LED嘅關鍵工作）。
- The OLED Association. https://www.oled-a.org （行業聯盟網站，提供最新商業趨勢）。
- MIT Media Lab. Research on responsive environments and human-centric lighting.
- Zou, S.-J. et al. Recent advances in organic light-emitting diodes: toward smart lighting and displays. Mater. Chem. Front. 4, 788–820 (2020). （被綜述嘅論文）。