扭曲光发射：提高未来电子产品的效率

灯泡的发明是为了提供稳定的照明，让普通大众也能获得照明。为了使灯泡更具成本效益，人们不断进行研究和实验，最终开发出了发光二极管（LED）。

LED 技术是科学家 Nick Holonyak Jr.在通用电气工作时于 50 多年前发明的，通用电气称其为 "神奇的 LED"。

随着时间的推移，LED 不断改进，变得更亮、更经济、更可靠，从而被广泛应用于交通灯中，取代白炽灯泡。

如今，传统的 "黄色 "灯泡仅限于特定应用，而 LED 则凭借其卓越的能效、更长的使用寿命和多功能性，在普通照明应用中处于领先地位。

当然，创新从未停止。事实上，LED 的发明为 OLED（有机发光二极管，又称有机电致发光二极管）的诞生铺平了道路。

这是研究人员探索使用有机化合物代替无机材料，以达到与 LED 相同效果的结果。 

第一个 OLED 设备是由伊士曼柯达公司的科学家 Steven Van Slyke 和 Ching Tang 于 1987 年制造的。

虽然 LED 和 OLED 都使用电来发光，但 OLED 使用有机材料发光。这些有机发光二极管使用碳基材料，因此与传统发光二极管相比，它们的显示屏更薄，色彩还原性更好，响应时间更快。

因此，OLED 技术已经进入智能手机、电视和其他高端电子设备。然而，虽然 OLED 技术发展迅速，但尚未得到广泛应用。

OLED 技术概览

现在，让我们更好地了解一下 OLED。 与发光二极管不同，有机发光二极管是扩散面积光源，因为它们是片状的。相比之下，发光二极管是集中的小点光源。

OLED 的漫射光使其可以在非常靠近任务表面的地方使用，不会对用户造成眩光。这意味着人们可以用较少的光线获得所需的照明度，从而实现高效照明。

同时，有机发光二极管的灵活性使其几乎可以制成任何形状，从而扩大了设计的可能性，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（阳极和阴极）之间包含一系列碳基半导体薄层。 

当相邻的电极施加电流时，该装置就会发光。要让光从装置中逸出，至少需要有一个电极是透明的。

通过控制电流的大小，可以调节发光强度。 

至于光的颜色，则由所使用的发射材料类型决定。例如，白光是由红光、绿光和蓝光发射器产生的，这些发射器可以以多种配置排列。

其他类型的有机发光二极管包括白光、透明、有源矩阵、无源矩阵、可折叠和顶部发光的有机发光二极管。

如今，OLED 已成为智能手机显示屏的主流技术。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。广视角和高对比度是 OLED 技术与传统显示技术相比的其他优势。

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OLED 技术日益普及

过去多年来，全球 OLED 市场大幅增长，未来几年还将继续增长。

市场实际上是 预计年复合增长率为 13.20% 在 2022 年至 2029 年期间，将达到 $104 亿美元的规模。

这一增长的主要驱动力是消费电子领域日益增长的需求。此外，可穿戴设备市场的不断增长以及在 AR 和 VR 设备中集成 OLED 显示屏也带来了新的增长机遇。

然后是 柔性和可折叠 OLED 显示屏这是一个令人兴奋的新趋势，它以小巧的外形提供了更大屏幕的便利。这些显示屏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日益增多。电动汽车需求的不断增长和集成 高级驾驶员辅助系统（ADAS） 预计这将促进其在汽车领域的增长。

除显示器外，OLED 技术在照明行业也大有可为，它具有出色的显色性、均匀的照明和创造独特照明设计的能力。节能照明解决方案日益受到重视，加上大型 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遇。

推动有机发光二极管市场增长的另一个因素是技术的不断进步，其中包括更有效的材料、封装方法和制造工艺，从而提高了性能，降低了成本，延长了使用寿命。

然而，尽管 OLED 在性能上取得了重大进步，并被广泛应用于智能手机显示屏，但它仍然面临着许多挑战。 

成本是有机发光二极管市场面临的主要挑战之一。OLED 显示屏需要昂贵的有机材料和复杂的生产工艺，因此生产成本较高，高于 LCD 等传统技术。 

生产过程中出现的另一个问题是成品率，因为一个小缺陷就可能导致大量 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。

此外，OLED 显示屏的使用寿命有限，而能效对于最大限度地降低功耗和提高便携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光体。有机发光二极管技术还面临着其他显示技术的竞争，如液晶显示屏（LCD）和微型发光二极管（micro-LED），前者仍在市场上占据主导地位，后者虽然还处于商业化的早期阶段，但有可能提供更长的使用寿命。 

此外，还必须通过改进显示材料、结构和制造工艺来克服技术限制，如图像烧毁的可能性和大型显示屏的一致性。

研究人员正在积极解决这些局限性，最近的一项特别进展展示了提高电视和智能手机 OLED 显示屏效率的巨大潜力。

利用手性半导体提高有机发光二极管的效率

剑桥大学和埃因霍温理工大学的研究人员开发出了一种有机半导体，这种半导体通过诱导电子以螺旋模式运动来发射圆偏振光。 

这一成果是通过推进有机半导体领域数十年的挑战而取得的，它不仅能提高有机发光二极管显示屏的效率，还能为自旋电子学和量子计算等下一代技术铺平道路。

研究 发表在《科学》杂志上¹ 注意到人们对在半导体材料中引入手性以实现强圆极化发光（CPL）产生了浓厚的兴趣，而现有的有机发光二极管中圆极化发光较低。

目前的高效有机发光二极管系统采用的发光分子在空间上被隔离在主机中，从而产生微弱的 CPL。 

虽然已经有人尝试实现高 CPL，但它们与优化的有机发光二极管设备架构并不兼容。然而，最新的研究人员成功地制造出了一种有机半导体，它能诱导电子以螺旋模式运动。

这要归功于一种基于三氮杂三嗪分子的手性超分子纳米结构薄膜的新方法。这种方法绝对适用于有机发光二极管的制造，并表现出较高的绿色 CPL。 

"这是制造手性半导体的真正突破。通过精心设计分子结构，我们将结构的手性与电子的运动结合起来，这在以前从未在这个层面上做到过。

- 埃因霍温理工大学的 Bert Meijer 教授。 

所开发的手性半导体能发出圆偏振光，这意味着光能携带电子 "手性 "的信息。 

问题是，大多数无机半导体的内部结构都是对称的，因此电子的运动方向并不是首选的。 

在自然界中，分子通常具有手性，即左旋或右旋结构。手性分子（如 DNA）是彼此的镜像，手性在生物过程中起着关键作用。然而，电子学很难利用和控制手性。

因此，为了制造手性半导体，研究人员从大自然中汲取了灵感。他们推动半导体分子堆形成有序的右手或左手螺旋柱。 

这些手性半导体展示了显示技术的前景，由于屏幕过滤光线的方式，目前的产品往往会浪费大量能源。而新开发的手性半导体 "我 "的自然发光方式可以减少这些损耗，从而使屏幕更明亮、更节能。

剑桥大学卡文迪什实验室的理查德-弗兰德教授是这项研究的共同负责人：

"当我开始研究有机半导体时，很多人都怀疑它们的潜力，但现在它们在显示技术中占据了主导地位。与刚性无机半导体不同，分子材料具有惊人的灵活性，使我们能够设计出全新的结构，如手性发光二极管。这就像使用乐高积木一样，你能想象出各种形状，而不仅仅是长方形的砖块"。

用作半导体基础的材料是三氮杂环戊烯（TAT），它能以六个分子的间距组合成螺旋状堆栈。这使得电子能够沿着其结构盘旋，从而帮助获得所观测到的 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明亮绿光"。论文的共同作者、埃因霍温理工大学的马可-普劳斯（Marco Preuss）指出，这种效果在半导体中很难实现，直到现在才实现。 

"TAT的结构允许电子有效移动，同时影响光的发射方式"。

- 普劳斯

通过改变有机发光二极管的制造方法，研究人员成功地在圆偏振有机发光二极管（CP-OLED）中使用了 TAT，并在亮度、效率和偏振水平方面取得了显著效果。

研究表明，有机发光二极管的外部量子效率高达 16%，电致发光不对称小于或相当于 10%。该研究的共同第一作者、剑桥大学卡文迪什实验室的里图帕诺-乔杜里（Rituparno Chowdhury）表示

"我们基本上重新制定了制造有机发光二极管（如智能手机中的有机发光二极管）的标准配方，使我们能够在稳定的非结晶基质中捕获手性结构。这为制造圆偏振发光二极管提供了一种实用的方法，而这是该领域长期以来一直无法实现的。

除了显示器之外，这项最新研究成果还对量子计算和自旋电子学产生了影响。在量子计算和自旋电子学中，电子固有的角动量（或自旋）被用来存储和处理信息，以实现更快、更安全的计算系统。

至于在现实世界中的应用，这一突破可能会在未来 3 到 5 年内开始在显示技术领域得到商业应用，而在自旋电子学和量子计算领域的应用可能会在未来 10 年内得到发展。

创新公司

环球显示器公司 (OLED +3.28%)

Universal Display Corporation（UDC）是开发和商业化用于平板显示器、照明和有机电子产品的有机发光二极管技术的领先企业。它还是有机发光二极管显示屏和照明用有机材料和技术的主要供应商。 

UDC 成立于三十年前，旨在创造下一代显示器。该公司的专有技术和材料正被用于全球的商用 OLED 产品，包括智能手机、智能手表、平板电脑、电视等。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 多项已获专利和待批专利。

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

该公司市值为 $74.25 亿美元，截至本文发稿时，美元股价为 $156.41，今年以来上涨了 6.98%。其每股收益（TTM）为 4.65，市盈率（TTM）为 33.64，股息率为 1.15%。

一个月前，环球显示器公司 宣布 财报显示，2024 年第四季度的收入为 $1.623 亿美元，高于 2023 年同期的 $1.583 亿美元。

在此期间，由于对公司发射器材料的需求增加，材料销售收入增至 $.933 亿美元。特许权使用费和许可费为收入贡献了 $.644 亿美元，但由于累计追补调整额减少而有所下降。

第四季度，由于单位材料量增加，公司的材料销售成本为 $3420 万美元，总毛利率为 77%。营业收入为 $.525 亿美元，净收入为 $.46 亿美元，摊薄后每股收益为 $0.96 美元。

公司全年总收入为 $6.477 亿美元，比上年增加了 12.36%。其中包括 $365.4 百万美元的材料销售收入（成本为 $137 百万美元）和 $266.8 百万美元的特许权使用费和许可费收入。

2024 年的营业收入为 $.238 亿美元，净收入为 $.221 亿美元，摊薄后每股收益为 $4.65 美元，而 2023 年为 $.203 亿美元，摊薄后每股收益为 $4.24 美元。

UDC 还报告了与计划关闭加利福尼亚 OVJP 所在地有关的 $890 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年 "时指出，整个 OLED 行业都取得了增长和进步。 

米勒德补充说，企业正在扩大其产品路线图，领先的面板制造商正在投资新的晶圆厂，以满足不断增长的需求，尤其是新兴的 IT 和汽车市场：

"我们相信，这个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 预计今年的营收将在 $6.4 亿到 $7 亿之间，并指出 "OLED 行业仍处于一个许多变量都可能对业绩产生重大影响的阶段"。

公司还宣布 2025 年第一季度每股派发现金股息 $0.45，于 2025 年 3 月 31 日支付给所有股东。

"作为生态系统的先驱和领导者，我们已做好充分准备，凭借不断扩大的高能效、高性能磷光材料和 OLED 技术组合，继续支持我们的客户并推动行业发展。

- 首席财务官 米勒德

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结论

发光二极管的发展大大提升了显示和照明技术。在这一进步中，有机发光二极管技术为我们带来了更好的图像质量、更轻薄的设计、灵活性和创新性。 

尽管有机发光二极管技术自早期以来取得了巨大进步，但它在效率和成本方面仍面临挑战。因此，手性半导体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。