扭曲光发射：提高未来电子效率

发明灯泡是为了提供持续的照明，让大众都能用上。不断的研究和实验让灯泡更具成本效益，这促成了发光二极管（LED）的发展。

LED 技术是五年前由科学家 Nick Holonyak Jr. 在通用电气工作时发明的，他被通用电气称为“神奇的技术”。

随着 LED 不断改进，它们变得更亮、更具成本效益、更可靠，从而广泛应用于交通信号灯，取代了白炽灯。

如今，传统的“黄色”灯泡仅限于特定应用，而 LED 凭借其卓越的能源效率、更长的使用寿命和多功能性在一般照明应用中处于领先地位。

当然，创新永无止境。事实上，LED 的发明为 OLED（有机发光二极管，也称为有机电致发光二极管）铺平了道路。

这是研究人员探索使用有机化合物代替无机材料以实现与 LED 相同效果（通过电流通过半导体材料产生光）的可能性的结果。 

第一台 OLED 设备由伊士曼柯达公司的科学家 Steven Van Slyke 和 Ching Tang 于 1987 年制造出来。

虽然 LED 和 OLED 都使用电来发光，但 OLED 使用有机材料发光。这些有机 LED 使用碳基材料，这使得它们能够提供比传统 LED 更薄的显示屏、更好的色彩还原和更快的响应时间。

因此，OLED 技术已进入智能手机、电视和其他高端电子设备领域。然而，尽管 OLED 技术发展迅速，但尚未得到广泛采用。

OLED 技术概览

现在，让我们更深入地了解一下 OLED。 有机发光二极管与 LED 不同，它们是由片状材料制成的，属于散射面光源。相比之下，LED 则是集中的小点光源。

OLED 的漫射光使其能够非常靠近任务表面使用，并且不会给用户带来眩光。这意味着可以用更少的光线获得所需的照度，从而实现高效照明。

同时，OLED 的灵活性使其能够制成几乎任何形状，扩大了设计可能性并带来了全新的照明体验。

说到 OLED 的结构，这种固态设备在两个导电电极（一个阳极和一个阴极）之间包含一系列薄的碳基半导体层。 

当相邻电极通电时，该装置就会发光。为了让光从装置中逸出，至少有一个电极需要是透明的。

通过控制施加的电流量，可以调节发射光的强度。 

至于光的颜色，则取决于所用发光材料的类型。例如，白光是使用可以以多种配置排列的红、绿和蓝发光体产生的。

其他类型的 OLED 包括白色、透明、有源矩阵、无源矩阵、可折叠和顶部发射 OLED。

如今，OLED 已成为智能手机的主流显示技术。这是因为 OLED 显示屏不仅轻薄高效，而且透明、灵活、可折叠，同时还能提供最佳图像质量。宽视角和高对比度是 OLED 技术相对于传统显示技术的其他优势。

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OLED 技术的应用日益广泛

全球OLED市场在过去多年里大幅增长，未来几年还将继续增长。

市场实际上 预计将以 13.20% 的复合年增长率增长 2022年至2029年期间，规模将达到104.4亿美元。

增长的主要驱动力是消费电子领域的需求不断增长。此外，可穿戴设备市场的不断增长以及 OLED 显示屏在 AR 和 VR 设备中的集成也带来了新的增长机会。

然后出现了 柔性和可折叠 OLED 显示屏这是一种令人兴奋的新趋势，它承诺以紧凑的形式提供更大屏幕的便利。这些显示器可实现创新的产品设计和应用，带来独特的体验。

OLED 显示屏在信息娱乐系统、仪表盘和后座娱乐系统中的应用也越来越多。电动汽车需求的不断增长以及 高级驾驶辅助系统 (ADAS) 预计将促进汽车行业的增长。

除了显示器之外，OLED 技术在照明行业也具有潜力，可提供出色的显色性、均匀的照明，并能够创造独特的照明设计。人们对节能照明解决方案的关注度不断提高，再加上更大 OLED 面板的开发，为商业照明、建筑照明和装饰照明应用带来了增长机会。

推动 OLED 市场增长的另一个因素是持续的技术进步，包括更有效的材料、封装方法和制造工艺，从而提供更高的性能、降低成本和延长使用寿命。

然而，尽管性能取得了显着进步并在智能手机显示屏中得到广泛应用，但 OLED 仍然面临诸多挑战。 

成本是 OLED 市场面临的主要挑战之一。生产成本高昂是因为 OLED 显示器需要昂贵的有机材料和复杂的制造工艺，这使得其成本比 LCD 等传统技术更高。 

生产过程中出现的另一个问题是产量，因为只要有一个小缺陷就会导致大量 OLED 显示屏无法正常工作。此外，对特定有机材料的依赖也造成了供应链问题。

除了能源效率之外，还有 OLED 显示屏寿命有限的问题，这对于最大限度地降低功耗和延长便携式设备的电池寿命至关重要。

另一个限制因素是无法稳定高效的蓝色发射器。OLED 技术还面临来自其他显示技术的竞争，例如仍然占据市场主导地位的 LCD（液晶显示器）和微型 LED，后者虽然处于商业化的早期阶段，但使用寿命可能更长。 

此外，还必须通过改进显示材料、架构和制造工艺来克服技术限制，例如图像烧毁的可能性和大显示器的不均匀性。

研究人员正在积极解决这些限制，最近的一项进展展示了提高电视和智能手机上 OLED 显示器效率的巨大潜力。

利用手性半导体提高 OLED 效率

剑桥大学和埃因霍温理工大学的研究人员开发出一种有机半导体，它通过诱导电子以螺旋形移动来发射圆偏振光。 

这一成果通过推进有机半导体领域数十年的挑战而实现，不仅可以提高 OLED 显示器的效率，还可以为自旋电子学和量子计算等下一代技术铺平道路。

这个调查 发表在《科学》杂志上¹ 注意到人们对将手性引入半导体材料以实现强圆偏振发光 (CPL) 有着浓厚的兴趣，而现有的 OLED 中这种发光强度较低。

当前高效的 OLED 系统采用在主体中空间隔离的发光分子，从而产生弱的 CPL。 

虽然人们尝试过实现高 CPL，但它们与优化的 OLED 设备架构并不兼容。不过，最新的研究人员已经成功创造出一种有机半导体，可以诱导电子以螺旋状移动。

这要归功于一种基于三氮杂环己烯分子的手性超分子纳米结构，能够制造薄而均匀的薄膜的新方法。这种方法绝对适合 OLED 制造，并且具有较高的绿色 CPL。 

“这是手性半导体制造领域的一次重大突破。通过精心设计分子结构，我们将结构的手性与电子的运动相结合，这是前所未有的。”

– 埃因霍温理工大学的 Bert Meijer 教授。 

所开发的手性半导体发射圆偏振光，这意味着光携带有关电子“手性”的信息。 

事实上，大多数无机半导体的内部结构是对称的，因此电子的移动方向没有优先的方向。 

自然界中的分子通常具有手性，即左手或右手结构。手性分子（如 DNA）彼此互为镜像，手性在生物过程中起着关键作用。然而，电子器件很难被驾驭和控制。

因此，为了制造手性半导体，研究人员从大自然中汲取灵感。他们推动半导体分子堆叠，形成有序的右旋或左旋螺旋柱。 

这些手性半导体在显示技术领域大有可为，目前的显示产品往往会因为屏幕过滤光线的方式而浪费大量能源。而新开发的手性半导体则能自然发光，从而减少这些损失，从而使屏幕更亮、更节能。

据共同领导这项研究的剑桥大学卡文迪什实验室的理查德·弗伦德爵士教授称：

“当我开始研究有机半导体时，许多人都怀疑它们的潜力，但现在它们却主宰了显示技术。与刚性无机半导体不同，分子材料具有令人难以置信的灵活性——使我们能够设计全新的结构，例如手性 LED。这就像玩乐高积木，它有各种你能想象到的形状，而不仅仅是长方形的砖块。”

该半导体的基础材料是三氮杂环己烯（TAT），它可以自行组装成一个螺距为六个分子的螺旋状堆叠。这使得电子能够沿着其结构盘绕，从而有助于获得观测到的CPL。 

当暴露在紫外线下时，自组装的 TAT“会发出具有强烈圆偏振的亮绿光”。埃因霍温理工大学的合著者 Marco Preuss 指出，这种效应在半导体中很难获得——直到现在。 

“TAT 的结构使电子能够有效移动，同时影响光的发射方式。”

– 普罗伊斯

改变 OLED 制造方法使研究人员能够成功地在圆偏振 OLED（CP-OLED）中使用 TAT，从而表现出卓越的亮度、效率和偏振水平。

研究表明，OLED 的外部量子效率高达 16%，电致发光不对称性小于或等于 10%。据剑桥大学卡文迪什实验室的共同第一作者 Rituparno Chowdhury 称：

“我们基本上重新设计了制造智能手机中 OLED 的标准配方，使我们能够将手性结构困在稳定的非结晶矩阵中。这为制造圆偏振 LED 提供了一种实用的方法，而这在该领域长期以来一直未能实现。”

除了显示器之外，最新的发展还对量子计算和自旋电子学具有重要意义，其中电子的固有角动量（或自旋）用于存储和处理信息，从而实现更快、更安全的计算系统。

至于现实世界的应用，这一突破可能在未来 3 到 5 年内开始在显示技术领域实现商业应用，而在自旋电子学和量子计算领域的应用可能会在未来十年内得到发展。

创新型公司

环球显示公司 (OLED )

Universal Display Corporation (UDC) 是平板显示器、照明和有机电子产品用 OLED 技术开发和商业化的领导者。它也是 OLED 显示器和照明用有机材料和技术的主要供应商。 

UDC 成立于约三十年前，致力于打造下一代显示器。该公司的专有技术和材料已被应用于全球商用 OLED 产品，包括智能手机、智能手表、平板电脑、电视等。其中最突出的例子是 LG 的 OLED 电视和三星的 Galaxy 系列。UDC 在全球拥有 6,000 多项已授权和待批专利。

该公司专门从事磷光 OLED (PHOLED) 材料的研究、开发和商业化，该材料具有更高的效率和更好的性能。 

截至本文撰写时，该公司市值为 7.425 亿美元，交易价格为 156.41 美元，年初至今上涨 6.98%。其 EPS (TTM) 为 4.65，市盈率 (TTM) 为 33.64，股息收益率为 1.15%。

一个月前，Universal Display Corporation 公布 其财务业绩显示，162.3 年第四季度的收入为 4 亿美元，高于 2024 年同期的 158.3 亿美元。

本季度，由于市场对公司发射极材料的需求增强，材料销售收入增至93.3万美元。专利费和许可费贡献了64.4万美元的收入，但由于累计追赶调整的减少，收入有所下降。

第四季度，由于单位材料量增加，公司材料销售成本为 4 万美元，总毛利率为 34.2%。营业收入为 77 万美元，净收入为 52.5 万美元，即每股 46.0 美元。

该公司全年总收入为 647.7 亿美元，比上年增长 12.36%。其中包括材料销售收入 365.4 亿美元（成本 137 亿美元）以及特许权使用费和许可费 266.8 亿美元。

238.8 年营业收入为 222.1 亿美元，净收入为 4.65 亿美元或每股摊薄收益 2024 美元，而 203 年为 4.24 亿美元或每股摊薄收益 2023 美元。

UDC 还报告了与计划关闭其加州 OVJP 工厂相关的 8.9 万美元重组成本。

UDC 副总裁兼首席财务官 Brian Millard 在谈到“创纪录的稳健财务业绩的一年”时指出，OLED 行业正在取得增长和进步。 

米勒德表示，各家公司都在扩大其产品路线图，领先的面板制造商也在投资新的晶圆厂以满足不断增长的需求，特别是在新兴的 IT 和汽车市场。他补充道：

“我们相信，这一新的资本支出周期将为有意义的新 OLED 产能、新 OLED 产品和新 OLED 采用者铺平道路。”

UDC 预计今年其收入将在 640 亿美元至 700 亿美元之间，并指出“OLED 行业仍处于许多变量可能对结果产生重大影响的阶段”。

该公司还宣布，0.45 年第一季度将派发每股 2025 美元的现金股息，将于 31 年 2025 月 XNUMX 日向全体股东支付。

“作为生态系统的先驱和领导者，我们有能力继续通过我们不断扩大的节能、高性能磷光材料和 OLED 技术组合为客户提供支持并推动行业发展。”

– 首席财务官米勒德

Universal Display Corporation 的最新消息

结语

发光二极管的演进显著增强了显示和照明技术。在这一进步中，OLED 技术为我们带来了更好的图像质量、更薄更轻的设计、灵活性和创新性。 

尽管 OLED 技术自诞生以来取得了长足进步，但它在效率和成本方面仍面临挑战。因此，手性半导体领域的最新进展标志着其发展的关键时刻。

控制电子运动和高效发射圆偏振光的能力将极大地改变显示技术。它还将为量子计算和自旋电子学带来新的可能性。 

随着这项创新的商业应用即将到来，这项研究可能会重新定义电子产品的运行方式，并在不久的将来带来更节能、更高性能的电子设备。