用有机发光材料替代稀有金属

新材料打开OLED“突破窗口”

早在五年前，作为显示的主流技术，LCD(液晶)技术的发展就显露出疲态，OLED是公认的下一代的显示技术，将会在手机、穿戴设备、电视、电脑等领域得到普及。然而，五年后的现在，基于LCD技术的产品仍然是不少用户的首选，OLED目前主要出现在手机、电视的高端产品上，应用程度不如预期。原因是OLED产品的售价居高不下，同样尺寸的电视，OLED电视的价格是液晶电视的2~3倍，这让大部分用户望而却步。不论概念多么动听，现实情况是，消费者只会购买物有所值、物超所值的产品。OLED技术要全面成为显示技术的主流，关键是在确保效能、使用寿命的前提下，将成本降低下来。

科研人员在进行发光材料有机合成实验

文/广州日报全媒体记者 周伟力

图/广州日报全媒体记者 苏俊杰(除署名外)

图表/广州日报全媒体记者 文静

OLED新材料实现量产

发光材料成本有望大幅下降

5G时代的到来，为人们勾勒出“万物互联”的美好前景。而“万物互联”有一个大前提，实现互联的“万物”需要有个用于交互的窗口。通俗点说，就是要一块“屏”，而这块“屏”就具有以千亿美元为单位的巨大商机。然而，由于不同区域、不同用途对显示技术要求有所不同，从手机到电视，从穿戴设备到各类家电产品，这块“屏”有着涵盖OLED、LED，甚至电子纸等多种显示技术的产品矩阵。

而在这个矩阵中，OLED近来成为主角。OLED又被称为有机发光半导体，因其具有自发光、无穷高对比度、宽视角、低功耗、响应速度极快等特性，被普遍认为是下一代的主流显示技术。值得一提的是，OLED在拥有出色的画质优势外，还可以实现卷曲、透明、折叠、轻薄的柔性外观设计。截至2018年，中国OLED行业市场规模达到了290亿美元。预测全球OLED面板2019年的出货量达7.68亿片。

针对这个巨大的市场，广州有个研究团队正在深耕OLED领域的研发。“我们专注在新一代的有机发光材料和器件的研发，包括具有可调激发态的发光有机分子的设计、合成和表征以及它们的结构、电学和光物理性质和相应的器件。”这是华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室苏仕健教授与他的团队研究的课题。听不懂？简单来说，他们正在着手研究新材料，用以替代现有采用稀有金属配体为主的磷光OLED材料，并能绕开欧美企业在这一领域的专利“护城河”，从而达到大幅度降低OLED生产成本的目的。

据了解，OLED材料成本占OLED屏幕总成本约30%，而OLED屏幕又只是整件商品众多部件中的一个。“一旦有新材料性能取得突破，实现量产，便有望将OLED发光材料的成本降到只有现在的10%。这对降低OLED屏手机售价的影响也许不太大，但对电视机行业的影响会比较明显。”苏仕健教授表示。

记者在广州一家电市场先后采访20位购买电视的市民。无一例外，OLED电视是他们的首选。市民马女士告诉记者，如果OLED电视能打个七折，她就会出手购买。以一台65英寸、售价15499元的进口OLED电视计算，而同一品牌65英寸的LCD电视的售价是7999元。记者小范围调查发现，消费者愿意接受的OLED技术的溢价幅度是在20%~30%之间。

由于这一基于新材料的全新技术还处于实验室阶段，从实验室到生产线，还需要经历繁复芜杂的流程，需要“产学研”三方的紧密配合，还存在许多不确定因素。所以，现在还难以评估该技术投产之后，会对OLED电视带来多大的降幅。但有一点可以肯定，OLED电视的售价不会像现在这么高，会以更加亲民的价格出现在消费者面前。

(图/广州日报全媒体记者文静)

期望五年内

实现材料创新的突破

爱迪生发明电灯的故事大伙耳熟能详，他先后分类试验了1600多种不同耐热的材料。其实，发明没有什么捷径，就是不断地试错。通过一次次的试错，将不合适的材料排除掉，最后剩下的就是合适的。某种程度上，苏仕健教授和他的团队也是在做爱迪生当年做的事情。不同之处在于，OLED材料的验证过程更加繁琐、冗长，也更加严苛。

苏仕健教授告诉记者，有机发光器件的单位内量子效率已经能很容易地通过无稀有金属纯有机发光体实现，效能与稀有金属一样。“现在最大的挑战就是在使用寿命上，只有使用寿命达到与稀有金属发光体一样，真正地推向市场，也才能为消费者所接受。”

目前，团队正在对20余种纯有机发光材料进行测试、调试，并尝试不同的新方法。什么时候能够取得突破？回答这一问题时，苏仕健思考了接近十秒，才给出他认为比较负责任的预测：希望在五年之内，有一两种新材料能够脱颖而出，实现量产。这可以理解，任何一种研发创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的热门候选

据了解，在提升有机发光器件高效率性能的研发上，研究团队取得不少成果。像研发人员全力研发出蒸镀和溶液加工可行的热活化延迟荧光材料(TADF)及其高效OLED器件。研究人员成功将噻蒽氧化物应用到有机光电领域并作为电子受体，以苯环为连接桥，分别以吖啶和吩噁嗪为电子给体，设计并开发出了可同时适用于蒸镀和溶液加工工艺的新型热活化延迟荧光(TADF)材料ACRDSO2和PXZDSO2。基于ACRDSO2的绿光蒸镀型器件的最大外量子效率达到19.2%，而不使用空穴传输层的溶液加工器件也可实现17.5%的外量子效率，与经典的绿光TADF材料4CzIPN相比，溶液加工器件无论是驱动电压还是外量子效率均得到了较大幅度的改善。

据介绍，相比目前在商业化OLED面板中主要使用的含稀有金属的磷光材料，具有热活化延迟荧光(TADF)特性的纯有机发光材料是一个潜在的既能实现100%激子利用率又兼具低成本优势的材料。目前，TADF-OLED已经能实现和基于磷光材料的OLED相当的电致发光性能，成为实现低成本高效率OLED技术应用的热门候选。

与此同时，研发组设计了新型的三螺环式供体单元，并搭配经典的三嗪受体，成功制备了一种兼具高效率和多功能的蓝光TADF材料TspiroS-TRZ。相比于非螺式和双螺式结构的吖啶受体单元，长棒状、强刚性、大立体空间位阻的三螺式单元可以形成更长的分子骨架，并形成一个双螺式的非共轭结构。该工作提供了一种高效率且兼具多功能性的蓝光TADF材料设计思路。

发光材料的测试材料

尝试采用虚拟仿真技术

在新材料开发过程中，效能和使用寿命测试耗时最多的环节，两者缺一不可。由于新材料要有器件配合，而器件的结构形式多样，因此需要在不同器件上再做适应性测试。这个测试工作看起来好像不复杂，但温度、负荷、结构、电学等，都需要测试，每一项都像绣花一样，是一个非常细致、耗时的工作，工作量很大。

为提升研发速率，今年10月10日，苏仕健所在实验室与荷兰仿真软件公司Simbeyond合作，建立OLED仿真建模合作伙伴关系。Simbeyond公司拥有一套名为Bumblebee软件，该软件能为无序系统(例如OLED有机发光器件、OPV有机光伏器件和OFET有机晶体管等)中的分子尺度光电过程模拟进行特别优化。

Bumblebee直观的用户界面使得客户可以快速地准备并定制他们的虚拟实验，仅依靠普通的桌面电脑或者移动设备即可进行数十种材料或器件的模拟。简单来说，就是能够通过计算机模拟仿真，得到以往冗长试验才能得到的结果。一方面能够降低试验成本，另外一方面能够节省大量的时间。

根据规划，双方第一步合作将聚焦于器件模拟，这是Bumblebee所擅长的。第二步，双方计划将合作领域扩展到发光材料的研究，对发光材料进行虚拟仿真测试，可以借助计算机分析、预测并改善材料性能。其中，第二步甚至是Simbeyond从未涉及的领域。

事实上，在OLED上使用有机发光材料这条跑道上，并非只有苏仕健和他的团队，在全世界范围内，还有其他机构在进行相似的研发，“我们是跑在世界第一阵营当中，不管最后谁最先‘撞线’，但这一技术我们(中国)必须得有，因为拥有专利才能提升自己的核心竞争力”。被征收高专利费用的“痛”，中国企业不止遇到一次。这其实是对行业的一次警醒——谁忽略了基础创新，谁就会在显示技术新时代还没有完全到来之前就已经被淘汰了。

OLED下一个应用场景：汽车照明

相比于LCD，OLED在实现大面积高质量显示与照明、超高分辨率、超快响应速度和柔性电子应用等方面表现出了显著优势。OLED是对电子的控制，反应速度快。LCD则需要背光源，因此经常有漏光，难以呈现纯正的黑，并且反应速度也慢一些。OLED技术最大竞争对手是激光显示。激光显示技术具有色域范围广、寿命长、效率高、功耗低、节能环保、轻量化等优点，因此也备受关注。

尽管售价仍较为“土豪”，但OLED已经在手机、电视、穿戴设备上得到应用。只有这些，显然是不够的。那么，OLED下一个应用场景会是什么？苏仕健认为是照明，不仅可以用于家居照明，还可以用于汽车照明，尤其是汽车尾灯。

OLED曲面基于屏幕柔性，“先天”就弯，因此在厚度、重量、可视角度、亮度、对比度等方面具有优势。以55英寸OLED电视为例，其厚度仅为7.5mm，相当于一部iPhone手机的厚度，重量也较轻，为10公斤，约为普通液晶电视的50%。

而在使用效果方面，以汽车尾灯为例，汽车尾灯主要显示是红光和黄光，要求辨识度高，穿透力强，色彩鲜艳、饱满，这同样是OLED优于传统卤素灯泡的地方所在。当下，率先向智能化、电动化转型的中国汽车行业领跑全球，科技成为中国汽车最大的标签之一，而OLED的加入，无疑能够赋能中国汽车创新。

据中国汽车流通协会汽车市场研究分会(乘联会)最新综合销量数据统计显示，今年10月，国内狭义乘用车市场销量达184.3万辆，1~10月累计销量达1662.6万辆。这还只是新车销量，还未算上庞大的汽车后装市场。中国车企从来都是“敢闯敢试”，他们会像当年敢于尝鲜LED大灯、车载互联一样，敢于尝试OLED尾灯。

记者观察

基础创新、技术研发，没有什么捷径，只能持之以恒。未来的技术路线到底是什么？可以争论，更多需要有自己坚定的看法和态度。作为一个搞技术的人和团队，归根结底，还是要用能力和产品来赢得市场。近些年，中国OLED领域颇有建树，有些人认为是运气好，方向蒙对了。但事实却是，在中国OLED成功的背后，其实是有坚实的研发成果在支撑。

田博群