【導(dǎo)讀】有機(jī)EL（電致發(fā)光）屏具有加載電壓后有機(jī)材料本身發(fā)光的特點，被公認(rèn)為是智能手機(jī)等產(chǎn)品新一代屏幕的主流技術(shù)。去年12月，日本宣布了開發(fā)出新材料的消息，現(xiàn)在，OPERA以有機(jī)EL新材料的實用和量產(chǎn)化為目標(biāo)展開了新的行動…
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，被公認(rèn)為是智能手機(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。
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，而且更容易實現(xiàn)薄型化。未來，可彎折的產(chǎn)品也有望投入實用，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。
圖1：有機(jī)EL新材料：成本更低、發(fā)光效率更高
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)驗等領(lǐng)域的強(qiáng)項，在開放的平臺上，實施著從基礎(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宣布了開發(fā)出了劃時代新材料的消息。
新材料的特點是發(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)。
新型有機(jī)EL材料對比現(xiàn)有材料的區(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”。
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的安達(dá)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的安達(dá)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，實現(xiàn)不使用稀有金屬，仍可實現(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”。
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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新材料的實用和量產(chǎn)化為目標(biāo)，OPERA又展開了新的行動。
圖2：為實現(xiàn)新材料的實用化而設(shè)立的有機(jī)光電子實用化開發(fā)中心
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。“實現(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）。
因為使用的是現(xiàn)有材料，這種材料具有實用化簡單的優(yōu)點，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實現(xiàn)的94％相比，還不到后者的一半。
有機(jī)EL新材料或成反擊韓國企業(yè)的強(qiáng)力武器
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，為實現(xiàn)實用化進(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)實力的韓國企業(yè)，日本的數(shù)字家電實際上已經(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)，實現(xiàn)新型有機(jī)EL材料的實用化和大量生產(chǎn)，這或許將會成為奪回數(shù)字家電霸權(quán)的原動力。
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