柔性OLED技術在汽車產業中的應用

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，Flexibleelectronic

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，而今轉向智能化、輕量化及柔韌化材料的應用。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。近年來，柔性電子材料經歷了爆炸性增長，加速了其在汽車領域的應用3。作為汽車電子系統的核心組件，車載顯示系統不僅是電動化、智能化及共享化等功能的交互界面，還體現了汽車在管理、監控、執行和測試等方面的技術水平。近年來，隨著全球車載顯示屏市場的擴張，有機發光二極管（Organic Light-Emiting Diode，OLED）技術在智能座艙中的應用日益廣泛。根據Omdia的數據預測，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計達到2.38億片。在OLED產業中，柔性OLED顯示系統憑借其大曲率、可折疊、可滑動、可卷曲以及形態自由的特點，在設計美學、視覺體驗和用戶互動方面為車內環境帶來了新的變化。本文重點介紹了柔性OLED顯示系統在汽車產業中的最新進展，包括OLED發光機理、柔性OLED器件及基板選擇、車載應用及發展趨勢。

2 OLED發光機理

2.1 OLED基本構成

自1987年OLED發明以來，因其具有低工作電壓和高亮度的優勢受到高度關注[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的發光機理為有機材料在電場作用下產生的電致發光效應。與傳統的無機發光二極管（Light-EmittingDiode，LED）不同，OLED使用有機半導體材料作為發光核心。OLED為雙注入型發光器件，其基本結構由多個薄層組成，通常包括電極、注人層、傳輸層以及發射層，如圖1所示[。電極包括陽極和陰極，陽極通常為透明導電氧化物，目前常用氧化銦錫（IndiumTinOxide，ITO）玻璃，陰極通常為功函數低的薄層金屬，電極的性能決定了OLED導電效果[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射層，并抑制空穴向陰極轉移。HTL的主要作用為促進空穴傳輸至發射層。發射層（EmittingMaterialLayer，EML）是OLED的核心，一般發光材料應該具備較高的發光效率和良好的電子或空穴傳輸性能[。按化合物的分子結構，有機發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發光過程

OLED發光過程如下：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生復合，形成激子（Exciton）中間態。激子是由電子與空穴以束縛態結合形成的粒子，具有量子態的特征。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，可直接發射光（熒光），三重激子是激子的一種高能態，通過某些方式可發射光（磷光）[4。當電子與空穴復合形成激子后，激子會迅速由激發態回到基態，并以光的形式釋放能量，即光發射（電致發光）。該發光過程基于有機材料的能帶結構，不同的有機材料可發射不同波長（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）。當調整至適當的電壓時，激發出亮光，產生紅、綠、藍3種基本色彩，3種色彩依據不同的電信號進行混合響應，呈現出不同顏色，從而實現有效成像，該方式被稱為RGB象素獨立發光[15]。除此之外，光色轉換和彩色濾光膜也是常用的OLED全彩色化技術。面板的亮度、顏色和效率均與發光材料、結構以及激子的性質密切相關。

3柔性OLED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OLED器件的壽命取決于柔性基板及封裝技術的密封效果。基于這一原則，與傳統硬質OLED采用玻璃基板作為支撐材料相比，柔性OLED顯示技術一般會調整基板材料。

3.1量產柔性OLED器件基板

目前，柔性OLED的襯底材料主要分為超薄玻璃、金屬薄片、紙質襯底和聚合物襯底[。超薄玻璃襯底水氧阻隔性能好、穩定性強且透明性佳，但柔韌性差，不抗沖擊。金屬襯底水氧阻隔性能好、穩定性強且柔韌性佳，但不透光。紙質襯底可降解，但熱分解溫度和機械強度較低，離實際應用還有較大差距[1]。聚合物襯底因具有透光性好和成本低的優勢廣受關注。然而，聚合物襯底的熱穩定性較差，在高溫制備過程中易發生變形，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定性，具有優異的耐彎曲性、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，可能導致襯底上的多層薄膜產生缺陷，從而影響器件性能。

3.2柔性OLED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OLED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用的關鍵問題[19]。目前，已有許多關于采用不同的化學物質實現纖維和織物的平坦化和有效電導的報道，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 次循環彎曲測試結果表明，其可靠性較高，實現了約8cd/m² 的高電流效率，且在 70^° 的發射角下觀察到清晰的綠色發射光[19]。2022年，Lee等開發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，實現了大發射面積的紡織品，如圖2所示[2]。其為一維磷光OLED像素陣列設計了解耦的光纖區域，具有排他性接觸和獨立尋址導體，通過將封裝系統裁剪為可互連的OLED光纖像素實現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，但該技術尚未成熟，如在紡織品上實現更高效的能量傳輸、優化材料的柔性、提高屏幕的亮度和分辨率等。

4柔性OLED材料車載應用

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、形態可塑以及能適應各種曲面的獨特優勢，同時功耗也低于原有器件，有助于提升設備的續航能力。

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、導航、安全監控、智能助手等多項功能的集成平臺。隨著技術的進步，車載中控屏的功能和應用場景將進一步擴展。柔性OLED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計，能夠實現更具創意的曲面設計或其他不規則形態，適應不同車型的儀表盤、中央控制臺等空間布局。同時，柔性OLED屏具有更快的響應速度和更好的觸控體驗，可增強乘員與車載系統的互動感，提升用戶體驗。

目前，已有部分高端車型采用柔性OLED屏幕作為數字儀表盤。如圖3所示，奔馳S級MBUXHyperscreen中控顯示系統采用了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。這種設計能夠提供更加豐富直觀的信息展示，柔性OLED可更好地適應車內的設計和布局。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（圖3）。該屏幕具有更高的對比度、更廣的視角和更快的響應速度，進一步提升了車主的數字體驗。

除目前已上車應用外，柔性OLED在車用中控組件中仍不斷發展。在CES2024中，維信諾展示了柔性OLED全系列車載顯示方案，采用維信諾14英寸柔性OLED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柱作為汽車結構中不可或缺的一部分，主要功能是提供防撞保護，增強車身結構的安全性。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，尤其是在左轉彎時，遮擋可能會嚴重影響駕駛員視野。因此，研發人員設計了可視化透明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境影像，并通過4塊柔性OLED顯示屏將原本被A柱遮擋的視野盲區實時呈現在駕駛員眼前，極大減少了行駛過程中的視覺盲區，提升了行車安全性，如圖4所示。

4.3 交互尾燈

柔性OLED屏具有可彎折性及炫酷的3D效果，成為交互式尾燈設計的選擇。柔性OLED技術能夠獨立控制每個發光分區的形狀與激活狀態，從而實現多樣的圖案組合且能夠與尾燈造型完美貼合。與傳統的汽車尾燈相比，其發光更加均勻，調節過程持續可變，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尾燈以動態形式點亮，轉向燈效果為向轉向側流動，是柔性OLED在汽車交互尾燈中的首次嘗試。2024年，奧迪 _A6e-tron 采用了二代數字柔性OLED尾燈，實現了車輛與周圍環境的通信交互，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出事故或故障預警。

5 柔性OLED的技術挑戰

5.1材料穩定性

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

5.2 生產工藝

與傳統的剛性OLED相比，柔性OLED的制造工藝更復雜。柔性基板的處理、傳輸過程中的損傷、封裝技術的應用等均提高了生產難度。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，精度不足會導致顯示效果不良。其次，柔性OLED的封裝必須做到防潮、防氧化，而柔性OLED結構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，在保證防護性能的同時還要兼顧柔性和輕量化設計。

5.3 成本分析

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

6車載柔性OLED應用展望

6.1 視覺體驗提升

卓越的顯示效果是柔性OLED技術的最顯著優勢之一。OLED顯示具有自發光特性，不需要背光源，因此可實現更薄的顯示屏。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，目前已應用于儀表盤、中央控制屏、后視鏡等，未來可拓展至前風窗玻璃、車窗、B柱等顯示區域，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OLED支持觸摸和動態顯示，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交互。未來，柔性OLED屏幕可探索不同應用場景的動態布局，如駕駛時顯示車速、導航信息，停車時顯示周圍環境的實時影像或車內娛樂信息等，提升智能化和靈活性。用戶可更直觀地調整空調、音樂、導航以及其他車載功能。隨著自動駕駛技術的不斷發展，車內交互界面的智能化功能將越來越多，柔性OLED屏幕可成為集成各種信息、功能和控制的多功能平臺。

6.3 動態顯示與定制化

柔性OLED能夠實現動態顯示和自定義界面，主機廠可根據不同車型、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、節能模式）下自動切換車載儀表盤的顯示內容。通過柔性OLED技術，汽車可提供更加個性化和互動性更強的駕駛體驗。

7 結束語

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

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