日本開發(fā)出新型顯示屏材料——有機(jī)EL
液晶的接班人——有機(jī)EL屏幕的新發(fā)光材料已經(jīng)登場。這種材料解決了有機(jī)EL耗電量大、成本高的課題,有望吹響有機(jī)EL全面普及的號角。對于甘拜韓國企業(yè)后塵的日本企業(yè)而言,這將成為反擊的強(qiáng)力武器。
有機(jī)EL(電致發(fā)光)屏公認(rèn)是智能手機(jī)等產(chǎn)品使用的新一代屏幕的主流技術(shù)。具有加載電壓后有機(jī)材料本身發(fā)光的特點(diǎn)。
與必須使用背照燈才能顯示的液晶屏相比,有機(jī)EL屏不僅圖像清晰,而且更容易實(shí)現(xiàn)薄型化。未來,可彎折的產(chǎn)品也有望投入實(shí)用,可應(yīng)用于智能手機(jī)、電視、照明等諸多用途。
現(xiàn)在,有機(jī)EL屏已經(jīng)得到了智能手機(jī)等部分小型產(chǎn)品的采用。例如,韓國三星電子將為NTT DoCoMo面向夏季商戰(zhàn)推出的新款智能手機(jī)“GALAXY S4”配備支持高清影像顯示的5英寸有機(jī)EL屏。
然而,與市場熱切的期望相悖,現(xiàn)如今,真正采用有機(jī)EL屏的手機(jī),還僅限于大力宣傳高畫質(zhì)的部分高端機(jī)型。在大屏幕市場上,有機(jī)EL還沒有表現(xiàn)出取代液晶的普及勢頭。其原因在于成本高和耗電量大。
九州大學(xué)最尖端有機(jī)光電子研究中心(OPERA)取得了一個突破。該中心是九州大學(xué)率京都大學(xué)、奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)、松下、日本顯示器、三菱麗陽等27家大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)共同設(shè)立的產(chǎn)官學(xué)合作團(tuán)隊。
加盟該中心的大學(xué)和企業(yè)發(fā)揮各自在材料、器件、商品化技術(shù)經(jīng)驗(yàn)等領(lǐng)域的強(qiáng)項,在開放的平臺上,實(shí)施著從基礎(chǔ)到應(yīng)用的一系列研究。與“日本國家隊項目”有著異曲同工之妙。2012年12月,OPERA宣布開發(fā)出了劃時代的新材料。
新材料的特點(diǎn)是發(fā)光效率高,把有機(jī)EL材料加載電壓時產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)化成光能的效率接近100%,成本則不到原來的10分之1。
如果投入實(shí)用,制造出的屏幕除了顯示性能好、薄、柔軟之外,還能減少耗電量和成本,正可謂“終極屏幕”。使用這樣的屏幕,可以生產(chǎn)出價格便宜、畫質(zhì)好,而且待機(jī)時間長的智能手機(jī)。
不使用稀有金屬
新型有機(jī)EL材料與現(xiàn)有材料有哪些區(qū)別?
現(xiàn)有的有機(jī)EL材料包括兩類,加載電壓后發(fā)光時間短的“螢光材料”,以及發(fā)光時間長的“磷光材料”。而OPERA開發(fā)的發(fā)光材料,稱得上是繼二者之后的“第3類發(fā)光材料”(OPERA中心主任安達(dá)千波矢教授)。
三類材料發(fā)光的基本原理相同。都是在正極與負(fù)極之間設(shè)置厚度約為100納米(納為10億分之1)的發(fā)光層,向發(fā)光層加載電壓。這樣一來,正極將發(fā)生帶正電荷的“空穴”,負(fù)極將發(fā)生帶負(fù)電荷的“電子”。
在二者相互吸引,相互結(jié)合之后,發(fā)光材料將進(jìn)入具有高能量的“激發(fā)態(tài)”。隨著時間的推移,受到激發(fā)的發(fā)光材料會逐漸釋放能量,恢復(fù)到原來的狀態(tài)。其間,發(fā)光材料將釋放出光和熱。其中的光以圖像等形態(tài)進(jìn)入我們的眼睛。
螢光材料與磷光材料相比,熒光材料成本更低,但發(fā)光效率差。加載電壓產(chǎn)生的電能中,只有25%能夠用于發(fā)光。剩余的75%則轉(zhuǎn)化成熱能釋放,因此,電池很快就會耗盡。
磷光材料能夠把電能100%用于發(fā)光,能夠把螢光材料轉(zhuǎn)化成熱能舍棄的75%的能量全部轉(zhuǎn)化成光能。發(fā)揮轉(zhuǎn)化功能的,是作為添加材料使用的“鉑、銥等稀有金屬”( OPERA中心主任安達(dá)千波矢教授)。
但這些稀有金屬價格貴,而且分布不均,采購也不穩(wěn)定。大量使用難免會增加成本和穩(wěn)定生產(chǎn)方面的風(fēng)險。現(xiàn)在,磷光材料的成本還極其高昂,是螢光材料的10倍以上。
螢光材料與磷光材料各有所長,都缺乏決定性的“撒手锏”。這樣下去,有機(jī)EL的競爭力很難超過液晶。
OPERA開發(fā)的是無需使用高成本的稀有金屬,即可實(shí)現(xiàn)高發(fā)光效率的材料。通過改進(jìn)分子構(gòu)造,即便不使用稀有金屬,該材料也可以把以熒光材料以熱能形式釋放的75%的電能轉(zhuǎn)化成光能。
開發(fā)過程歷盡艱辛。OPERA中心主任安達(dá)千波矢教授說,第3類材料的原理“早已有之,而且寫進(jìn)了教科書。算不上新鮮玩意兒”。然而,實(shí)現(xiàn)不使用稀有金屬,仍可實(shí)現(xiàn)高效發(fā)光的分子構(gòu)造卻并非易事。為此,“(研究人員)從零開始重新審視了作為發(fā)光材料的有機(jī)物的構(gòu)造”。
由碳、氧、氫等元素構(gòu)成的有機(jī)物的分子構(gòu)造種類近乎無限。OPERA在開發(fā)過程中,試制了大量分子構(gòu)造各不相同的材料。經(jīng)過不懈地研究,終于發(fā)現(xiàn)了不使用稀有金屬,而且發(fā)光效率高的構(gòu)造。
通過反復(fù)對構(gòu)造進(jìn)行微調(diào),使用綠色發(fā)光材料的有機(jī)EL屏試制品的發(fā)光效率創(chuàng)下94%的紀(jì)錄,逼近了100%。
現(xiàn)在,以有機(jī)EL新材料的實(shí)用和量產(chǎn)化為目標(biāo),OPERA又展開了新的行動。
為實(shí)現(xiàn)新材料的實(shí)用化而設(shè)立的有機(jī)光電子實(shí)用化開發(fā)中心。
2013年3月,OPERA創(chuàng)辦了“有機(jī)光電子實(shí)用化開發(fā)中心”(i3-OPERA)。i3-OPERA中心副主任八尋正幸表示,該中心“新團(tuán)結(jié)了(原成員以外的)7家材料企業(yè)進(jìn)行著開發(fā)”。
在2013年,OPERA還計劃創(chuàng)辦以提升新材料性能為志向的開發(fā)型風(fēng)險企業(yè)。
開發(fā)低成本、高發(fā)光效率有機(jī)EL材料并不只是OPERA。現(xiàn)有有機(jī)EL材料的最大生產(chǎn)商——出光興產(chǎn)同樣不遺余力。
與OPERA一樣,出光興產(chǎn)的目標(biāo)也是在不使用稀有金屬的前提下,使容易轉(zhuǎn)化成熱能釋放的75%的能量轉(zhuǎn)化成光能。該公司技術(shù)的特點(diǎn)是在提高發(fā)光效率的同時,基本可以沿用現(xiàn)有螢光材料的原子構(gòu)造。出光興產(chǎn)電子材料部主任研究員熊均解釋說:“實(shí)現(xiàn)的方式是在螢光材料與負(fù)極之間增加特殊的有機(jī)物層。”
因?yàn)槭褂玫氖乾F(xiàn)有材料,這種材料具有實(shí)用化簡單的優(yōu)點(diǎn),但課題也不少。最明顯的便是能源損耗大。理論發(fā)光效率雖然比現(xiàn)有螢光材料高出25%,但也僅為40%,與OPERA實(shí)現(xiàn)的94%相比,還不到后者的一半。
吹響反攻號角
日本企業(yè)原本走在有機(jī)EL屏研發(fā)的前列。但現(xiàn)在卻甘拜韓國企業(yè)的下風(fēng)。正如開篇介紹,除了三星為高端智能手機(jī)采用之外,在大型電視領(lǐng)域,韓國LG電子也已經(jīng)從1月開始少量生產(chǎn)55英寸產(chǎn)品。
為了發(fā)起反擊,日本各大機(jī)電企業(yè)如今也在推進(jìn)有機(jī)EL屏的商品化。在1月于美國拉斯維加斯舉辦的家電展會“消費(fèi)電子展”上,索尼和松下各自展出了分辨率是高清4倍的56英寸“4K”電視試制品。索尼、東芝、日立制作所合作成立的中小型屏幕業(yè)務(wù)企業(yè)日本顯示器公司也在4月開發(fā)出了面向智能手機(jī)、支持高清顯示的5英寸試制品。
有機(jī)EL的“第3類發(fā)光材料”是誕生于日本的世界領(lǐng)先技術(shù)。面向這種材料的全面普及,OPERA中心主任安達(dá)千波矢教授表示,在今后,“OPERA希望與日本的機(jī)電企業(yè)合作,為實(shí)現(xiàn)實(shí)用化進(jìn)行開發(fā)”。
面對在液晶等領(lǐng)域建立起壓倒性量產(chǎn)體制,強(qiáng)化了技術(shù)實(shí)力的韓國企業(yè),日本的數(shù)字家電實(shí)際上已經(jīng)一敗涂地。但是,如果日本企業(yè)能夠集合世界最高水平的材料技術(shù),實(shí)現(xiàn)新型有機(jī)EL材料的實(shí)用化和大量生產(chǎn),這或許將會成為奪回數(shù)字家電霸權(quán)的原動力。
要點(diǎn): 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競爭優(yōu)勢...
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