日本開(kāi)發(fā)出OLED新材料：比液晶更節(jié)能、更便宜

 液晶的接班人——OLED屏幕的新發(fā)光材料已經(jīng)登場(chǎng)。這種材料解決了OLED耗電量大、成本高的課題，有望吹響OLED全面普及的號(hào)角。對(duì)于甘拜韓國(guó)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。

OLED(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，OLED屏不僅圖像清晰，而且更容易實(shí)現(xiàn)薄型化。未來(lái)，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，OLED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(guó)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OLED屏。

然而，與市場(chǎng)熱切的期望相悖，現(xiàn)如今，真正采用OLED屏的手機(jī)，還僅限于大力宣傳高畫(huà)質(zhì)的部分高端機(jī)型。在大屏幕市場(chǎng)上，OLED還沒(méi)有表現(xiàn)出取代液晶的普及勢(shì)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(gè)突破。該中心是九大率京都大學(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(yáng)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(duì)。

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(xiàng)，在開(kāi)放的平臺(tái)上，實(shí)施著從基礎(chǔ)到應(yīng)用的一系列研究。與“日本國(guó)家隊(duì)項(xiàng)目”有著異曲同工之妙。2012年12月，OPERA宣布了開(kāi)發(fā)出了劃時(shí)代新材料的消息。

新材料的特點(diǎn)是發(fā)光效率高，把OLED材料加載電壓時(shí)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(lái)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(jià)格便宜、畫(huà)質(zhì)好，而且待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)的智能手機(jī)。

不使用稀有金屬

新型OLED材料與現(xiàn)有材料有哪些區(qū)別?

現(xiàn)有的OLED材料包括兩類(lèi)，加載電壓后發(fā)光時(shí)間短的“螢光材料”，以及發(fā)光時(shí)間長(zhǎng)的“磷光材料”。而OPERA開(kāi)發(fā)的發(fā)光材料，稱(chēng)得上是繼二者之后的“第3類(lèi)發(fā)光材料”(OPERA中心主任安達(dá)千波矢教授)。

三類(lèi)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(lái)，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(shí)間的推移，受到激發(fā)的發(fā)光材料會(huì)逐漸釋放能量，恢復(fù)到原來(lái)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(huì)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的安達(dá)教授)。

但這些稀有金屬價(jià)格貴，而且分布不均，采購(gòu)也不穩(wěn)定。大量使用難免會(huì)增加成本和穩(wěn)定生產(chǎn)方面的風(fēng)險(xiǎn)?，F(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(zhǎng)，都缺乏決定性的撒手锏。這樣下去，OLED的競(jìng)爭(zhēng)力很難超過(guò)液晶。

OPERA開(kāi)發(fā)的是無(wú)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(guò)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(kāi)發(fā)過(guò)程歷盡艱辛。OPERA的安達(dá)教授說(shuō)，第3類(lèi)材料的原理“早已有之，而且寫(xiě)進(jìn)了教科書(shū)。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(kāi)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(lèi)近乎無(wú)限。OPERA在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，試制了大量分子構(gòu)造各不相同的材料。經(jīng)過(guò)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(guò)反復(fù)對(duì)構(gòu)造進(jìn)行微調(diào)，使用綠色發(fā)光材料的OLED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O(shè)LED新材料的實(shí)用和量產(chǎn)化為目標(biāo)，OPERA又展開(kāi)了新的行動(dòng)。

2013年3月，OPERA創(chuàng)辦了“有機(jī)光電子實(shí)用化開(kāi)發(fā)中心(i3-OPERA)”。“新團(tuán)結(jié)了(原成員以外的)7家材料企業(yè)進(jìn)行著開(kāi)發(fā)”(i3-OPERA中心副主任八尋正幸)。

在2013年，OPERA還計(jì)劃創(chuàng)辦以提升新材料性能為志向的開(kāi)發(fā)型風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)。

開(kāi)發(fā)低成本、高發(fā)光效率OLED材料并不只是OPERA?，F(xiàn)有OLED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(shí)，基本可以沿用現(xiàn)有螢光材料的原子構(gòu)造。“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”(出光興產(chǎn)電子材料部主任研究員熊均)。

因?yàn)槭褂玫氖乾F(xiàn)有材料，這種材料具有實(shí)用化簡(jiǎn)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(hào)角

日本企業(yè)原本走在OLED屏研發(fā)的前列。但現(xiàn)在卻甘拜韓國(guó)企業(yè)的下風(fēng)。正如開(kāi)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(guó)LG電子也已經(jīng)從1月開(kāi)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)OLED屏的商品化。在1月于美國(guó)拉斯維加斯舉辦的家電展會(huì)“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、日立制作所的中小型屏幕業(yè)務(wù)合并公司——日本顯示器也在4月開(kāi)發(fā)出了面向智能手機(jī)、支持高清顯示的5英寸試制品。

OLED的“第3類(lèi)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的安達(dá)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(kāi)發(fā)”。

面對(duì)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(guó)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OLED材料的實(shí)用化和大量生產(chǎn)，這或許將會(huì)成為奪回?cái)?shù)字家電霸權(quán)的原動(dòng)力。