柔性O(shè)LED技術(shù)在汽車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

中圖分類號：U465.4；U465.6 文獻標志碼：B DOI：10.19710/J.cnki.1003-8817.20250022

Application Flexible OLED Technology in Automotive Industry

Yu Yao，Qi Dan， Jin Ke，Meng Lingling，Wang Xue， Ma Xue （ ， ）

Abstract：The innovation flexibleOrganic Light-Emiting Diode（OLED） technology in theautomotivesector focuseson systematic breakthroughs inperformanceenhancement formadaptability.Thispaper analyzes the topic from3 perspectives： materials science，device engineering， scenario-based applications.The content includes the multi-color emission mechanism OLEDs，core packaging processs flexible OLED devices， the selection flexiblesubstrates.Automotiveapplicationsareexplored，including transparentA-pilars，centralcontroldisplays， interactive tail lights.Additionally，3 main technologicalchallenges future development trendsare summarized.

words：OLED，Automotivematerials，F(xiàn)lexibleelectronic

1前言

1886年汽車問世以來，車用材料早期以金屬材料為核心，而今轉(zhuǎn)向智能化、輕量化及柔韌化材料的應(yīng)用。柔性電子材料顯著改善了汽車駕駛與乘坐體驗。柔性電子是將無機或有機器件附著于柔性基底上，形成電路的技術(shù)。近年來，柔性電子材料經(jīng)歷了爆炸性增長，加速了其在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用3。作為汽車電子系統(tǒng)的核心組件，車載顯示系統(tǒng)不僅是電動化、智能化及共享化等功能的交互界面，還體現(xiàn)了汽車在管理、監(jiān)控、執(zhí)行和測試等方面的技術(shù)水平。近年來，隨著全球車載顯示屏市場的擴張，有機發(fā)光二極管（Organic Light-Emiting Diode，OLED）技術(shù)在智能座艙中的應(yīng)用日益廣泛。根據(jù)Omdia的數(shù)據(jù)預(yù)測，到2030年，配備3塊或更多屏幕的新車型將超過 20% ，且將以每年 6.5% 的速度增長，屆時全球車載顯示屏出貨量預(yù)計達到2.38億片。在OLED產(chǎn)業(yè)中，柔性O(shè)LED顯示系統(tǒng)憑借其大曲率、可折疊、可滑動、可卷曲以及形態(tài)自由的特點，在設(shè)計美學(xué)、視覺體驗和用戶互動方面為車內(nèi)環(huán)境帶來了新的變化。本文重點介紹了柔性O(shè)LED顯示系統(tǒng)在汽車產(chǎn)業(yè)中的最新進展，包括OLED發(fā)光機理、柔性O(shè)LED器件及基板選擇、車載應(yīng)用及發(fā)展趨勢。

2 OLED發(fā)光機理

2.1 OLED基本構(gòu)成

自1987年OLED發(fā)明以來，因其具有低工作電壓和高亮度的優(yōu)勢受到高度關(guān)注[4-5]。1992年，Heeger等第1次以塑料為襯底制備了可變形的柔性顯示器。OLED的發(fā)光機理為有機材料在電場作用下產(chǎn)生的電致發(fā)光效應(yīng)。與傳統(tǒng)的無機發(fā)光二極管（Light-EmittingDiode，LED）不同，OLED使用有機半導(dǎo)體材料作為發(fā)光核心。OLED為雙注入型發(fā)光器件，其基本結(jié)構(gòu)由多個薄層組成，通常包括電極、注人層、傳輸層以及發(fā)射層，如圖1所示[。電極包括陽極和陰極，陽極通常為透明導(dǎo)電氧化物，目前常用氧化銦錫（IndiumTinOxide，ITO）玻璃，陰極通常為功函數(shù)低的薄層金屬，電極的性能決定了OLED導(dǎo)電效果[9-10]。注人層包括空穴注入層（HoleInjectionLayer，HIL）和電子注入層（ElectronInjectionLayer，EIL），它們插入電極和發(fā)射層之間，增加空穴和電子的注入量。傳輸層包括電子傳輸層（ElectronTransportLayer，ETL）和空穴傳輸層（HoleTransportLayer，HTL）。ETL的作用主要是促進電子從陰極高效傳輸至發(fā)射層，并抑制空穴向陰極轉(zhuǎn)移。HTL的主要作用為促進空穴傳輸至發(fā)射層。發(fā)射層（EmittingMaterialLayer，EML）是OLED的核心，一般發(fā)光材料應(yīng)該具備較高的發(fā)光效率和良好的電子或空穴傳輸性能[。按化合物的分子結(jié)構(gòu)，有機發(fā)光材料一般分為高分子聚合物與小分子有機化合物，EML決定了OLED的成膜性能與顏色純度[13]。

2.2 OLED發(fā)光過程

OLED發(fā)光過程如下：當電流通過時，陽極和陰極之間的電勢差使電子和空穴由電極注入EML層。由于電子和空穴（電荷載流子）為相反的電荷，它們趨向于在有機層中相遇并發(fā)生復(fù)合，形成激子（Exciton）中間態(tài)。激子是由電子與空穴以束縛態(tài)結(jié)合形成的粒子，具有量子態(tài)的特征。激子分為單重激子（SingletExciton）和三重激子（TripletExciton），單重激子是激子的一種低能態(tài)，可直接發(fā)射光（熒光），三重激子是激子的一種高能態(tài)，通過某些方式可發(fā)射光（磷光）[4。當電子與空穴復(fù)合形成激子后，激子會迅速由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)，并以光的形式釋放能量，即光發(fā)射（電致發(fā)光）。該發(fā)光過程基于有機材料的能帶結(jié)構(gòu)，不同的有機材料可發(fā)射不同波長（顏色）的光。單重激子通常釋放較短波長的光（如藍色或綠色光），且會迅速釋放能量。三重激子的能量較低，因此所釋放光的波長通常較長（如紅色或黃色光）。當調(diào)整至適當?shù)碾妷簳r，激發(fā)出亮光，產(chǎn)生紅、綠、藍3種基本色彩，3種色彩依據(jù)不同的電信號進行混合響應(yīng)，呈現(xiàn)出不同顏色，從而實現(xiàn)有效成像，該方式被稱為RGB象素獨立發(fā)光[15]。除此之外，光色轉(zhuǎn)換和彩色濾光膜也是常用的OLED全彩色化技術(shù)。面板的亮度、顏色和效率均與發(fā)光材料、結(jié)構(gòu)以及激子的性質(zhì)密切相關(guān)。

3柔性O(shè)LED器件及基板材料選擇

OLED器件中一旦有氧氣或者水汽進入會降低器件壽命。因此，柔性O(shè)LED器件的壽命取決于柔性基板及封裝技術(shù)的密封效果?；谶@一原則，與傳統(tǒng)硬質(zhì)OLED采用玻璃基板作為支撐材料相比，柔性O(shè)LED顯示技術(shù)一般會調(diào)整基板材料。

3.1量產(chǎn)柔性O(shè)LED器件基板

目前，柔性O(shè)LED的襯底材料主要分為超薄玻璃、金屬薄片、紙質(zhì)襯底和聚合物襯底[。超薄玻璃襯底水氧阻隔性能好、穩(wěn)定性強且透明性佳，但柔韌性差，不抗沖擊。金屬襯底水氧阻隔性能好、穩(wěn)定性強且柔韌性佳，但不透光。紙質(zhì)襯底可降解，但熱分解溫度和機械強度較低，離實際應(yīng)用還有較大差距[1]。聚合物襯底因具有透光性好和成本低的優(yōu)勢廣受關(guān)注。然而，聚合物襯底的熱穩(wěn)定性較差，在高溫制備過程中易發(fā)生變形，且對水和氧的阻隔性能較弱，因此，通常需要與隔水氧封裝膜結(jié)合使用。常見的柔性聚合物襯底包括聚對苯二甲酸乙二醇酯（PolyethyleneTerephthalate，PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PolyethyleneNaphthalate，PEN）、聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）以及聚酰亞胺（Polyimide，PI）[，目前，PI為最常用的襯底，其在高溫下仍能保持較好的穩(wěn)定性，具有優(yōu)異的耐彎曲性、耐水解性、耐腐蝕性和耐輻射性。然而，PI的透明度較低，且其表面光滑度偏低，可能導(dǎo)致襯底上的多層薄膜產(chǎn)生缺陷，從而影響器件性能。

3.2柔性O(shè)LED基板前沿探索

為彌補PI基板的局限，越來越多的研究開始集中于紡織基材[8]。紡織基材具備高柔韌性、變形性和可拉伸性，完全滿足柔性O(shè)LED的制造要求。而纖維、紗線和紡織品紋理帶來的表面粗糙度以及絕緣性是限制其應(yīng)用的關(guān)鍵問題[19]。目前，已有許多關(guān)于采用不同的化學(xué)物質(zhì)實現(xiàn)纖維和織物的平坦化和有效電導(dǎo)的報道，如碳納米管、石墨烯、聚酯、尼龍、絲綢、織物等[20]。2013年，Woohyun等首次開發(fā)了基于軟織物的高性能OLED，如圖2所示，保留了裸織物的機械特性（彎曲長度和多向折痕），彎曲半徑為 5mm 的 1000 次循環(huán)彎曲測試結(jié)果表明，其可靠性較高，實現(xiàn)了約8cd/m² 的高電流效率，且在 70^° 的發(fā)射角下觀察到清晰的綠色發(fā)射光[19]。2022年，Lee等開發(fā)了一種僅由集成的可互連OLED纖維組成的矩陣尋址機織織物，實現(xiàn)了大發(fā)射面積的紡織品，如圖2所示[2]。其為一維磷光OLED像素陣列設(shè)計了解耦的光纖區(qū)域，具有排他性接觸和獨立尋址導(dǎo)體，通過將封裝系統(tǒng)裁剪為可互連的OLED光纖像素實現(xiàn)了器件的長期耐久性。

盡管紡織基材OLED在研究和試驗階段取得了一些進展，但該技術(shù)尚未成熟，如在紡織品上實現(xiàn)更高效的能量傳輸、優(yōu)化材料的柔性、提高屏幕的亮度和分辨率等。

4柔性O(shè)LED材料車載應(yīng)用

利用柔性襯底作為支撐材料，賦予了顯示器輕薄、可彎曲、耐震、抗干擾、形態(tài)可塑以及能適應(yīng)各種曲面的獨特優(yōu)勢，同時功耗也低于原有器件，有助于提升設(shè)備的續(xù)航能力。

4.1 車載中控顯示

車載中控顯示屏是信息娛樂中心，也是車輛控制、導(dǎo)航、安全監(jiān)控、智能助手等多項功能的集成平臺。隨著技術(shù)的進步，車載中控屏的功能和應(yīng)用場景將進一步擴展。柔性O(shè)LED屏可在不犧牲顯示效果的情況下彎曲或折疊，有利于車載中控屏的設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)更具創(chuàng)意的曲面設(shè)計或其他不規(guī)則形態(tài)，適應(yīng)不同車型的儀表盤、中央控制臺等空間布局。同時，柔性O(shè)LED屏具有更快的響應(yīng)速度和更好的觸控體驗，可增強乘員與車載系統(tǒng)的互動感，提升用戶體驗。

目前，已有部分高端車型采用柔性O(shè)LED屏幕作為數(shù)字儀表盤。如圖3所示，奔馳S級MBUXHyperscreen中控顯示系統(tǒng)采用了56英寸曲面OLED屏，橫跨儀表盤和中控臺，形成一體化超大屏幕。這種設(shè)計能夠提供更加豐富直觀的信息展示，柔性O(shè)LED可更好地適應(yīng)車內(nèi)的設(shè)計和布局。在2024年的北京國際車展上，紅旗·國雅車型搭載了名為“國風(fēng)柔性卷軸屏”的全球首款車載滑移卷曲OLED顯示屏，用于中控臺及后排娛樂系統(tǒng)（圖3）。該屏幕具有更高的對比度、更廣的視角和更快的響應(yīng)速度，進一步提升了車主的數(shù)字體驗。

除目前已上車應(yīng)用外，柔性O(shè)LED在車用中控組件中仍不斷發(fā)展。在CES2024中，維信諾展示了柔性O(shè)LED全系列車載顯示方案，采用維信諾14英寸柔性O(shè)LED顯示模組，具有 3 840×2 160 的超高分辨率和 1.8mm 的極窄邊框，進一步提高了屏占比，支持屏下攝像、多點觸控等。

4.2 透明A柱顯示

A柱作為汽車結(jié)構(gòu)中不可或缺的一部分，主要功能是提供防撞保護，增強車身結(jié)構(gòu)的安全性。但A柱對駕駛員的視野存在一定遮擋，尤其是在低速行駛或轉(zhuǎn)彎時，遮擋更為突出。駕駛員可能會因視野受限而無法及時察覺行駛路徑中的障礙物或其他潛在危險，尤其是在左轉(zhuǎn)彎時，遮擋可能會嚴重影響駕駛員視野。因此，研發(fā)人員設(shè)計了可視化透明A柱，利用后視鏡處安裝的高清攝像頭實時采集車輛周圍的環(huán)境影像，并通過4塊柔性O(shè)LED顯示屏將原本被A柱遮擋的視野盲區(qū)實時呈現(xiàn)在駕駛員眼前，極大減少了行駛過程中的視覺盲區(qū)，提升了行車安全性，如圖4所示。

4.3 交互尾燈

柔性O(shè)LED屏具有可彎折性及炫酷的3D效果，成為交互式尾燈設(shè)計的選擇。柔性O(shè)LED技術(shù)能夠獨立控制每個發(fā)光分區(qū)的形狀與激活狀態(tài)，從而實現(xiàn)多樣的圖案組合且能夠與尾燈造型完美貼合。與傳統(tǒng)的汽車尾燈相比，其發(fā)光更加均勻，調(diào)節(jié)過程持續(xù)可變，同時簡化了汽車覆蓋件的沖壓步驟以及電路布線步驟。

2013年，奧迪推出SwarmOLED概念車，OLED尾燈以動態(tài)形式點亮，轉(zhuǎn)向燈效果為向轉(zhuǎn)向側(cè)流動，是柔性O(shè)LED在汽車交互尾燈中的首次嘗試。2024年，奧迪 _A6e-tron 采用了二代數(shù)字柔性O(shè)LED尾燈，實現(xiàn)了車輛與周圍環(huán)境的通信交互，進一步拓展了安全功能（圖5）。除距離警示功能外，奧迪A6e-tron 新增了交互燈功能，以向其他道路使用者發(fā)出事故或故障預(yù)警。

5 柔性O(shè)LED的技術(shù)挑戰(zhàn)

5.1材料穩(wěn)定性

柔性O(shè)LED使用的有機發(fā)光材料相較于無機材料在穩(wěn)定性和耐久性上較為遜色。有機材料易受環(huán)境（如氧氣、水蒸氣、紫外線）影響，導(dǎo)致性能下降。如何提高發(fā)光材料的穩(wěn)定性，尤其是防水防潮能力，仍需進一步研究。同時，柔性O(shè)LED顯示面板的發(fā)光效率在高亮度情況下會隨使用時間的增加而降低，需研發(fā)新型材料以延長使用壽命并提高能效。

5.2 生產(chǎn)工藝

與傳統(tǒng)的剛性O(shè)LED相比，柔性O(shè)LED的制造工藝更復(fù)雜。柔性基板的處理、傳輸過程中的損傷、封裝技術(shù)的應(yīng)用等均提高了生產(chǎn)難度。首先，在制造過程中，尤其是在形成薄膜和精細圖案化時，精度要求極高，精度不足會導(dǎo)致顯示效果不良。其次，柔性O(shè)LED的封裝必須做到防潮、防氧化，而柔性O(shè)LED結(jié)構(gòu)的彎曲性提高了封裝難度，常見的封裝材料如薄膜封裝技術(shù)，在保證防護性能的同時還要兼顧柔性和輕量化設(shè)計。

5.3 成本分析

柔性O(shè)LED的成本受多種因素影響，包括制造工藝、材料選擇、生產(chǎn)效率以及封裝技術(shù)等。調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，隨著整體技術(shù)成熟度的提高及需求量的增長，柔性O(shè)LED的價格有所下降。然而，與剛性O(shè)LED和液晶顯示器（LiquidCrystalDisplay，LCD）相比，柔性O(shè)LED的成本仍然較高。根據(jù)埃信華邁（IHS）成本拆分數(shù)據(jù)，柔性O(shè)LED的柔性顯示材料約占到總成本的 30% ，配套模組材料約占70% 。未來可優(yōu)化模組部分或?qū)ふ腋?jīng)濟高效的替代材料，存在較大的降本潛力。同時，隨著良品率和量產(chǎn)能力的提升，柔性O(shè)LED的成本將顯著降低。

6車載柔性O(shè)LED應(yīng)用展望

6.1 視覺體驗提升

卓越的顯示效果是柔性O(shè)LED技術(shù)的最顯著優(yōu)勢之一。OLED顯示具有自發(fā)光特性，不需要背光源，因此可實現(xiàn)更薄的顯示屏。同時，OLED顯示能夠提供更高的對比度、更廣的色域和更豐富的顏色，帶來更加清晰、真實的視覺效果，目前已應(yīng)用于儀表盤、中央控制屏、后視鏡等，未來可拓展至前風(fēng)窗玻璃、車窗、B柱等顯示區(qū)域，顯著提升乘員的視覺體驗。

6.2車載信息交互體驗提升

柔性O(shè)LED支持觸摸和動態(tài)顯示，觸控屏的范圍增大有利于乘員通過觸控、手勢控制、語音命令等與車載信息系統(tǒng)交互。未來，柔性O(shè)LED屏幕可探索不同應(yīng)用場景的動態(tài)布局，如駕駛時顯示車速、導(dǎo)航信息，停車時顯示周圍環(huán)境的實時影像或車內(nèi)娛樂信息等，提升智能化和靈活性。用戶可更直觀地調(diào)整空調(diào)、音樂、導(dǎo)航以及其他車載功能。隨著自動駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，車內(nèi)交互界面的智能化功能將越來越多，柔性O(shè)LED屏幕可成為集成各種信息、功能和控制的多功能平臺。

6.3 動態(tài)顯示與定制化

柔性O(shè)LED能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)顯示和自定義界面，主機廠可根據(jù)不同車型、駕駛模式或用戶偏好定制和展示不同信息。如在不同的駕駛模式（如運動模式、節(jié)能模式）下自動切換車載儀表盤的顯示內(nèi)容。通過柔性O(shè)LED技術(shù)，汽車可提供更加個性化和互動性更強的駕駛體驗。

7 結(jié)束語

與傳統(tǒng)顯示技術(shù)相比，柔性O(shè)LED技術(shù)在視覺效果和設(shè)計上具有很大優(yōu)勢，但在汽車行業(yè)的普及還面臨一些挑戰(zhàn)。首先，柔性O(shè)LED顯示屏的成本較高，目前價格仍高于傳統(tǒng)LCD或LED顯示屏。其次，OLED屏幕的耐用性和穩(wěn)定性（尤其是在溫度變化和高濕度環(huán)境中）仍需提高，須確保在長時間使用中不出現(xiàn)燒屏、老化等問題。隨著OLED技術(shù)的持續(xù)進步和成本的逐漸降低，柔性O(shè)LED顯示屏有望在汽車中實現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。未來，柔性O(shè)LED顯示技術(shù)將成為汽車提升用戶體驗、優(yōu)化空間設(shè)計和提高安全性的關(guān)鍵技術(shù)。

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