【導讀】有機EL（電致發光）屏具有加載電壓后有機材料本身發光的特點，被公認為是智能手機等產品新一代屏幕的主流技術。去年12月，日本宣布了開發出新材料的消息，現在，OPERA以有機EL新材料的實用和量產化為目標展開了新的行動…
液晶的接班人——有機EL屏幕的新發光材料已經登場。這種材料解決了有機EL耗電量大、成本高的課題，被公認為是智能手機等產品使用的新一代屏幕的主流技術。具有加載電壓后有機材料本身發光的特點。
與必須使用背照燈才能顯示的液晶屏相比，有機EL屏不僅圖像清晰，而且更容易實現薄型化。未來，可彎折的產品也有望投入實用，可應用于智能手機、電視、照明等諸多用途。 現在，有機EL屏已經得到了智能手機等部分小型產品的采用。例如，韓國三星電子將為NTT DoCoMo面向夏季商戰推出的新款智能手機“GALAXY S4”配備支持高清影像顯示的5英寸有機EL屏。
圖1：有機EL新材料：成本更低、發光效率更高
然而，與市場熱切的期望相悖，現如今，真正采用有機EL屏的手機，還僅限于大力宣傳高畫質的部分高端機型。在大屏幕市場上，有機EL還沒有表現出取代液晶的普及勢頭。其原因在于成本高和耗電量大。
九州大學最尖端有機光電子研究中心（OPERA）取得了一個突破。該中心是九大率京都大學、奈良先端科學技術大學院大學、松下、日本顯示器、三菱麗陽等27家大學、研究機構和企業共同設立的產官學合作團隊。 加盟該中心的大學和企業發揮各自在材料、器件、商品化技術經驗等領域的強項，在開放的平臺上，實施著從基礎到應用的一系列研究。與“日本國家隊項目”有著異曲同工之妙。2012年12月，OPERA宣布了開發出了劃時代新材料的消息。
新材料的特點是發光效率高，把有機EL材料加載電壓時產生的電能轉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，可以生產出價格便宜、畫質好，而且待機時間長的智能手機。
新型有機EL材料對比現有材料的區別
現有的有機EL材料包括兩類，加載電壓后發光時間短的“螢光材料”，以及發光時間長的“磷光材料”。而OPERA開發的發光材料，稱得上是繼二者之后的“第3類發光材料”。
三類材料發光的基本原理相同。都是在正極與負極之間設置厚度約為100納米（納為10億分之1）的發光層，向發光層加載電壓。這樣一來，正極將發生帶正電荷的“空穴”，負極將發生帶負電荷的“電子”。 在二者相互吸引，相互結合之后，發光材料將進入具有高能量的“激發態”。隨著時間的推移，受到激發的發光材料會逐漸釋放能量，恢復到原來的狀態。其間，發光材料將釋放出光和熱。其中的光以圖像等形態進入我們的眼睛。
螢光材料與磷光材料相比，熒光材料成本更低，但發光效率差。加載電壓產生的電能中，只有25％能夠用于發光。剩余的75％則轉化成熱能釋放，因此，電池很快就會耗盡。 磷光材料能夠把電能100％用于發光，能夠把螢光材料轉化成熱能舍棄的75％的能量全部轉化成光能。發揮轉化功能的，是作為添加材料使用的“鉑、銥等稀有金屬”（OPERA的安達教授）。
但這些稀有金屬價格貴，而且分布不均，采購也不穩定。大量使用難免會增加成本和穩定生產方面的風險。現在，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EL的競爭力很難超過液晶。
OPERA開發的是無需使用高成本的稀有金屬，即可實現高發光效率的材料。通過改進分子構造，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％的電能轉化成光能。 開發過程歷盡艱辛。OPERA的安達教授說，第3類材料的原理“早已有之，而且寫進了教科書。算不上新鮮玩意兒”。然而，實現不使用稀有金屬，仍可實現高效發光的分子構造卻并非易事。為此，“（研究人員）從零開始重新審視了作為發光材料的有機物的構造”。
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由碳、氧、氫等元素構成的有機物的分子構造種類近乎無限。OPERA在開發過程中，試制了大量分子構造各不相同的材料。經過不懈地研究，終于發現了不使用稀有金屬，而且發光效率高的構造。 通過反復對構造進行微調，使用綠色發光材料的有機EL屏試制品的發光效率創下94％的紀錄，逼近了100％。現在，以有機EL新材料的實用和量產化為目標，OPERA又展開了新的行動。
圖2：為實現新材料的實用化而設立的有機光電子實用化開發中心
在2013年，OPERA還計劃創辦以提升新材料性能為志向的開發型風險企業。 開發低成本、高發光效率有機EL材料并不只是OPERA。現有有機EL材料的最大生產商——出光興產同樣不遺余力。 與OPERA一樣，出光興產的目標也是在不使用稀有金屬的前提下，使容易轉化成熱能釋放的75％的能量轉化成光能。該公司技術的特點是在提高發光效率的同時，基本可以沿用現有螢光材料的原子構造。“實現的方式是在螢光材料與負極之間增加特殊的有機物層”（出光興產電子材料部主任研究員熊均）。
因為使用的是現有材料，這種材料具有實用化簡單的優點，但課題也不少。最明顯的便是能源損耗大。理論發光效率雖然比現有螢光材料高出25％，但也僅為40％，與OPERA實現的94％相比，還不到后者的一半。
有機EL新材料或成反擊韓國企業的強力武器
日本企業原本走在有機EL屏研發的前列。但現在卻甘拜韓國企業的下風。正如開篇介紹，除了三星為高端智能手機采用之外，在大型電視領域，韓國LG電子也已經從1月開始少量生產55英寸產品。
為了發起反擊，日本各大機電企業如今也在推進有機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務合并公司——日本顯示器也在4月開發出了面向智能手機、支持高清顯示的5英寸試制品。
有機EL的“第3類發光材料”是誕生于日本的世界領先技術。面向這種材料的全面普及，OPERA的安達教授表示，在今后，“OPERA希望與日本的機電企業合作，為實現實用化進行開發”。
面對在液晶等領域建立起壓倒性量產體制，強化了技術實力的韓國企業，日本的數字家電實際上已經一敗涂地。但是，如果日本企業能夠集合世界最高水平的材料技術，實現新型有機EL材料的實用化和大量生產，這或許將會成為奪回數字家電霸權的原動力。
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