日本开发出“液晶的接班人”有机EL新材料

添加时间：2013-06-13 11:58:34 来源：人民网-财经频道

      有机EL（电致发光）屏公认是智能手机等产品使用的新一代屏幕的主流技术。具有加载电压后有机材料本身发光的特点。

　　与必须使用背照灯才能显示的液晶屏相比，有机EL屏不仅图像清晰，而且更容易实现薄型化。未来，可弯折的产品也有望投入实用，可应用于智能手机、电视、照明等诸多用途。

　　现在，有机EL屏已经得到了智能手机等部分小型产品的采用。例如，韩国三星电子将为NTTDoCoMo面向夏季商战推出的新款智能手机“GALAXYS4”配备支持高清影像显示的5英寸有机EL屏。

　　然而，与市场热切的期望相悖，现如今，真正采用有机EL屏的手机，还仅限于大力宣传高画质的部分高端机型。在大屏幕市场上，有机EL还没有表现出取代液晶的普及势头。其原因在于成本高和耗电量大。

　　九州大学最尖端有机光电子研究中心（OPERA）取得了一个突破。该中心是九州大学率京都大学、奈良先端科学技术大学院大学、松下、日本显示器、三菱丽阳等27家大学、研究机构和企业共同设立的产官学合作团队。

　　加盟该中心的大学和企业发挥各自在材料、器件、商品化技术经验等领域的强项，在开放的平台上，实施着从基础到应用的一系列研究。与“日本国家队项目”有着异曲同工之妙。2012年12月，OPERA宣布开发出了划时代的新材料。

　　新材料的特点是发光效率高，把有机EL材料加载电压时产生的电能转化成光能的效率接近100％，成本则不到原来的10分之1。

　　如果投入实用，制造出的屏幕除了显示性能好、薄、柔软之外，还能减少耗电量和成本，正可谓“终极屏幕”。使用这样的屏幕，可以生产出价格便宜、画质好，而且待机时间长的智能手机。

　　不使用稀有金属

　　新型有机EL材料与现有材料有哪些区别？

　　现有的有机EL材料包括两类，加载电压后发光时间短的“萤光材料”，以及发光时间长的“磷光材料”。而OPERA开发的发光材料，称得上是继二者之后的“第3类发光材料”（OPERA中心主任安达千波矢教授）。

　　三类材料发光的基本原理相同。都是在正极与负极之间设置厚度约为100纳米（纳为10亿分之1）的发光层，向发光层加载电压。这样一来，正极将发生带正电荷的“空穴”，负极将发生带负电荷的“电子”。

　　在二者相互吸引，相互结合之后，发光材料将进入具有高能量的“激发态”。随着时间的推移，受到激发的发光材料会逐渐释放能量，恢复到原来的状态。其间，发光材料将释放出光和热。其中的光以图像等形态进入我们的眼睛。

　　萤光材料与磷光材料相比，荧光材料成本更低，但发光效率差。加载电压产生的电能中，只有25％能够用于发光。剩余的75％则转化成热能释放，因此，电池很快就会耗尽。

　　磷光材料能够把电能100％用于发光，能够把萤光材料转化成热能舍弃的75％的能量全部转化成光能。发挥转化功能的，是作为添加材料使用的“铂、铱等稀有金属”（OPERA中心主任安达千波矢教授）。

　　但这些稀有金属价格贵，而且分布不均，采购也不稳定。大量使用难免会增加成本和稳定生产方面的风险。现在，磷光材料的成本还极其高昂，是萤光材料的10倍以上。

　　萤光材料与磷光材料各有所长，都缺乏决定性的“撒手锏”。这样下去，有机EL的竞争力很难超过液晶。 
       OPERA开发的是无需使用高成本的稀有金属，即可实现高发光效率的材料。通过改进分子构造，即便不使用稀有金属，该材料也可以把以荧光材料以热能形式释放的75％的电能转化成光能。

　　开发过程历尽艰辛。OPERA中心主任安达千波矢教授说，第3类材料的原理“早已有之，而且写进了教科书。算不上新鲜玩意儿”。然而，实现不使用稀有金属，仍可实现高效发光的分子构造却并非易事。为此，“（研究人员）从零开始重新审视了作为发光材料的有机物的构造”。

　　由碳、氧、氢等元素构成的有机物的分子构造种类近乎无限。OPERA在开发过程中，试制了大量分子构造各不相同的材料。经过不懈地研究，终于发现了不使用稀有金属，而且发光效率高的构造。

　　通过反复对构造进行微调，使用绿色发光材料的有机EL屏试制品的发光效率创下94％的纪录，逼近了100％。

　　现在，以有机EL新材料的实用和量产化为目标，OPERA又展开了新的行动。

　　2013年3月，OPERA创办了“有机光电子实用化开发中心”（i3-OPERA）。i3-OPERA中心副主任八寻正幸表示，该中心“新团结了（原成员以外的）7家材料企业进行着开发”。

　　在2013年，OPERA还计划创办以提升新材料性能为志向的开发型风险企业。

　　开发低成本、高发光效率有机EL材料并不只是OPERA。现有有机EL材料的最大生产商——出光兴产同样不遗余力。

　　与OPERA一样，出光兴产的目标也是在不使用稀有金属的前提下，使容易转化成热能释放的75％的能量转化成光能。该公司技术的特点是在提高发光效率的同时，基本可以沿用现有萤光材料的原子构造。出光兴产电子材料部主任研究员熊均解释说：“实现的方式是在萤光材料与负极之间增加特殊的有机物层。”

　　因为使用的是现有材料，这种材料具有实用化简单的优点，但课题也不少。最明显的便是能源损耗大。理论发光效率虽然比现有萤光材料高出25％，但也仅为40％，与OPERA实现的94％相比，还不到后者的一半。

　　吹响反攻号角

　　日本企业原本走在有机EL屏研发的前列。但现在却甘拜韩国企业的下风。正如开篇介绍，除了三星为高端智能手机采用之外，在大型电视领域，韩国LG电子也已经从1月开始少量生产55英寸产品。

　　为了发起反击，日本各大机电企业如今也在推进有机EL屏的商品化。在1月于美国拉斯维加斯举办的家电展会“消费电子展”上，索尼和松下各自展出了分辨率是高清4倍的56英寸“4K”电视试制品。索尼、东芝、日立制作所合作成立的中小型屏幕业务企业日本显示器公司也在4月开发出了面向智能手机、支持高清显示的5英寸试制品。

　　有机EL的“第3类发光材料”是诞生于日本的世界领先技术。面向这种材料的全面普及，OPERA中心主任安达千波矢教授表示，在今后，“OPERA希望与日本的机电企业合作，为实现实用化进行开发”。

　　面对在液晶等领域建立起压倒性量产体制，强化了技术实力的韩国企业，日本的数字家电实际上已经一败涂地。但是，如果日本企业能够集合世界最高水平的材料技术，实现新型有机EL材料的实用化和大量生产，这或许将会成为夺回数字家电霸权的原动力。