新材料打開OLED“突破窗口”

　　早在五年前，作為顯示的主流技術，LCD（液晶）技術的發展就顯露出疲態，OLED是公認的下一代的顯示技術，將會在手機、穿戴設備、電視、電腦等領域得到普及。然而，五年后的現在，基于LCD技術的產品仍然是不少用戶的首選，OLED目前主要出現在手機、電視的高端產品上，應用程度不如預期。原因是OLED產品的售價居高不下，同樣尺寸的電視，OLED電視的價格是液晶電視的2~3倍，這讓大部分用戶望而卻步。不論概念多么動聽，現實情況是，消費者只會購買物有所值、物超所值的產品。OLED技術要全面成為顯示技術的主流，關鍵是在確保效能、使用壽命的前提下，將成本降低下來。

　　文/廣州日報全媒體記者 周偉力

　　圖/廣州日報全媒體記者 蘇俊杰（除署名外）

　　圖表/廣州日報全媒體記者 文靜

　　OLED新材料實現量產

　　發光材料成本有望大幅下降

　　5G時代的到來，為人們勾勒出“萬物互聯”的美好前景。而“萬物互聯”有一個大前提，實現互聯的“萬物”需要有個用于交互的窗口。通俗點說，就是要一塊“屏”，而這塊“屏”就具有以千億美元為單位的巨大商機。然而，由于不同區域、不同用途對顯示技術要求有所不同，從手機到電視，從穿戴設備到各類家電產品，這塊“屏”有著涵蓋OLED、LED，甚至電子紙等多種顯示技術的產品矩陣。

　　而在這個矩陣中，OLED近來成為主角。OLED又被稱為有機發光半導體，因其具有自發光、無窮高對比度、寬視角、低功耗、響應速度極快等特性，被普遍認為是下一代的主流顯示技術。值得一提的是，OLED在擁有出色的畫質優勢外，還可以實現卷曲、透明、折疊、輕薄的柔性外觀設計。截至2018年，中國OLED行業市場規模達到了290億美元。預測全球OLED面板2019年的出貨量達7.68億片。

　　針對這個巨大的市場，廣州有個研究團隊正在深耕OLED領域的研發。“我們專注在新一代的有機發光材料和器件的研發，包括具有可調激發態的發光有機分子的設計、合成和表征以及它們的結構、電學和光物理性質和相應的器件�！边@是華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室蘇仕健教授與他的團隊研究的課題。聽不懂？簡單來說，他們正在著手研究新材料，用以替代現有采用稀有金屬配體為主的磷光OLED材料，并能繞開歐美企業在這一領域的專利“護城河”，從而達到大幅度降低OLED生產成本的目的。

　　據了解，OLED材料成本占OLED屏幕總成本約30%，而OLED屏幕又只是整件商品眾多部件中的一個�！耙坏┯行虏牧闲阅苋〉猛黄�，實現量產，便有望將OLED發光材料的成本降到只有現在的10%。這對降低OLED屏手機售價的影響也許不太大，但對電視機行業的影響會比較明顯。”蘇仕健教授表示。

　　記者在廣州一家電市場先后采訪20位購買電視的市民。無一例外，OLED電視是他們的首選。市民馬女士告訴記者，如果OLED電視能打個七折，她就會出手購買。以一臺65英寸、售價15499元的進口OLED電視計算，而同一品牌65英寸的LCD電視的售價是7999元。記者小范圍調查發現，消費者愿意接受的OLED技術的溢價幅度是在20%~30%之間。

　　由于這一基于新材料的全新技術還處于實驗室階段，從實驗室到生產線，還需要經歷繁復蕪雜的流程，需要“產學研”三方的緊密配合，還存在許多不確定因素。所以，現在還難以評估該技術投產之后，會對OLED電視帶來多大的降幅。但有一點可以肯定，OLED電視的售價不會像現在這么高，會以更加親民的價格出現在消費者面前。

　　期望五年內

　　實現材料創新的突破

　　愛迪生發明電燈的故事大伙耳熟能詳，他先后分類試驗了1600多種不同耐熱的材料。其實，發明沒有什么捷徑，就是不斷地試錯。通過一次次的試錯，將不合適的材料排除掉，最后剩下的就是合適的。某種程度上，蘇仕健教授和他的團隊也是在做愛迪生當年做的事情。不同之處在于，OLED材料的驗證過程更加繁瑣、冗長，也更加嚴苛。

　　蘇仕健教授告訴記者，有機發光器件的單位內量子效率已經能很容易地通過無稀有金屬純有機發光體實現，效能與稀有金屬一樣�！艾F在最大的挑戰就是在使用壽命上，只有使用壽命達到與稀有金屬發光體一樣，真正地推向市場，也才能為消費者所接受�！�

　　目前，團隊正在對20余種純有機發光材料進行測試、調試，并嘗試不同的新方法。什么時候能夠取得突破？回答這一問題時，蘇仕健思考了接近十秒，才給出他認為比較負責任的預測：希望在五年之內，有一兩種新材料能夠脫穎而出，實現量產。這可以理解，任何一種研發創新可能在下一秒取得突破，但也可能是10年后或20年后。

　　TADF-OLED

　　是OLED的熱門候選

　　據了解，在提升有機發光器件高效率性能的研發上，研究團隊取得不少成果。像研發人員全力研發出蒸鍍和溶液加工可行的熱活化延遲熒光材料（TADF）及其高效OLED器件。研究人員成功將噻蒽氧化物應用到有機光電領域并作為電子受體，以苯環為連接橋，分別以吖啶和吩噁嗪為電子給體，設計并開發出了可同時適用于蒸鍍和溶液加工工藝的新型熱活化延遲熒光（TADF）材料ACRDSO2和PXZDSO2�；�于ACRDSO2的綠光蒸鍍型器件的最大外量子效率達到19.2%，而不使用空穴傳輸層的溶液加工器件也可實現17.5%的外量子效率，與經典的綠光TADF材料4CzIPN相比，溶液加工器件無論是驅動電壓還是外量子效率均得到了較大幅度的改善。

　　據介紹，相比目前在商業化OLED面板中主要使用的含稀有金屬的磷光材料，具有熱活化延遲熒光（TADF）特性的純有機發光材料是一個潛在的既能實現100%激子利用率又兼具低成本優勢的材料。目前，TADF-OLED已經能實現和基于磷光材料的OLED相當的電致發光性能，成為實現低成本高效率OLED技術應用的熱門候選。

　　與此同時，研發組設計了新型的三螺環式供體單元，并搭配經典的三嗪受體，成功制備了一種兼具高效率和多功能的藍光TADF材料TspiroS-TRZ。相比于非螺式和雙螺式結構的吖啶受體單元，長棒狀、強剛性、大立體空間位阻的三螺式單元可以形成更長的分子骨架，并形成一個雙螺式的非共軛結構。該工作提供了一種高效率且兼具多功能性的藍光TADF材料設計思路。

　　嘗試采用虛擬仿真技術

　　在新材料開發過程中，效能和使用壽命測試耗時最多的環節，兩者缺一不可。由于新材料要有器件配合，而器件的結構形式多樣，因此需要在不同器件上再做適應性測試。這個測試工作看起來好像不復雜，但溫度、負荷、結構、電學等，都需要測試，每一項都像繡花一樣，是一個非常細致、耗時的工作，工作量很大。

　　為提升研發速率，今年10月10日，蘇仕健所在實驗室與荷蘭仿真軟件公司Simbeyond合作，建立OLED仿真建模合作伙伴關系。Simbeyond公司擁有一套名為Bumblebee軟件，該軟件能為無序系統（例如OLED有機發光器件、OPV有機光伏器件和OFET有機晶體管等）中的分子尺度光電過程模擬進行特別優化。

　　Bumblebee直觀的用戶界面使得客戶可以快速地準備并定制他們的虛擬實驗，僅依靠普通的桌面電腦或者移動設備即可進行數十種材料或器件的模擬。簡單來說，就是能夠通過計算機模擬仿真，得到以往冗長試驗才能得到的結果。一方面能夠降低試驗成本，另外一方面能夠節省大量的時間。

　　根據規劃，雙方第一步合作將聚焦于器件模擬，這是Bumblebee所擅長的。第二步，雙方計劃將合作領域擴展到發光材料的研究，對發光材料進行虛擬仿真測試，可以借助計算機分析、預測并改善材料性能。其中，第二步甚至是Simbeyond從未涉及的領域。

　　事實上，在OLED上使用有機發光材料這條跑道上，并非只有蘇仕健和他的團隊，在全世界范圍內，還有其他機構在進行相似的研發，“我們是跑在世界第一陣營當中，不管最后誰最先‘撞線’，但這一技術我們（中國）必須得有，因為擁有專利才能提升自己的核心競爭力”。被征收高專利費用的“痛”，中國企業不止遇到一次。這其實是對行業的一次警醒——誰忽略了基礎創新，誰就會在顯示技術新時代還沒有完全到來之前就已經被淘汰了。

　　OLED下一個應用場景：汽車照明

　　相比于LCD，OLED在實現大面積高質量顯示與照明、超高分辨率、超快響應速度和柔性電子應用等方面表現出了顯著優勢。OLED是對電子的控制，反應速度快。LCD則需要背光源，因此經常有漏光，難以呈現純正的黑，并且反應速度也慢一些。OLED技術最大競爭對手是激光顯示。激光顯示技術具有色域范圍廣、壽命長、效率高、功耗低、節能環保、輕量化等優點，因此也備受關注。

　　盡管售價仍較為“土豪”，但OLED已經在手機、電視、穿戴設備上得到應用。只有這些，顯然是不夠的。那么，OLED下一個應用場景會是什么？蘇仕健認為是照明，不僅可以用于家居照明，還可以用于汽車照明，尤其是汽車尾燈。

　　OLED曲面基于屏幕柔性，“先天”就彎，因此在厚度、重量、可視角度、亮度、對比度等方面具有優勢。以55英寸OLED電視為例，其厚度僅為7.5mm，相當于一部iPhone手機的厚度，重量也較輕，為10公斤，約為普通液晶電視的50%。

　　而在使用效果方面，以汽車尾燈為例，汽車尾燈主要顯示是紅光和黃光，要求辨識度高，穿透力強，色彩鮮艷、飽滿，這同樣是OLED優于傳統鹵素燈泡的地方所在。當下，率先向智能化、電動化轉型的中國汽車行業領跑全球，科技成為中國汽車最大的標簽之一，而OLED的加入，無疑能夠賦能中國汽車創新。

　　據中國汽車流通協會汽車市場研究分會（乘聯會）最新綜合銷量數據統計顯示，今年10月，國內狹義乘用車市場銷量達184.3萬輛，1~10月累計銷量達1662.6萬輛。這還只是新車銷量，還未算上龐大的汽車后裝市場。中國車企從來都是“敢闖敢試”，他們會像當年敢于嘗鮮LED大燈、車載互聯一樣，敢于嘗試OLED尾燈。

　　記者觀察

　　基礎創新、技術研發，沒有什么捷徑，只能持之以恒。未來的技術路線到底是什么？可以爭論，更多需要有自己堅定的看法和態度。作為一個搞技術的人和團隊，歸根結底，還是要用能力和產品來贏得市場。近些年，中國OLED領域頗有建樹，有些人認為是運氣好，方向蒙對了。但事實卻是，在中國OLED成功的背后，其實是有堅實的研發成果在支撐。