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实验室助力中国OLED行业“弯道超车”

时间:2017-06-30 09:44      发布人:何秋云      阅读:342

       在科技部公布的2016年国家重点研发计划专项立项结果中,发光材料与器件国家重点实验室苏仕健教授负责的“新一代有机电致发光材料与器件”项目榜上有名,获批“战略性先进电子材料”国家重点研发计划重点专项立项。

       说起“有机电致发光材料”“战略性先进电子材料”……对这些陌生的名词,也许很多人感觉很遥远,但正是这些不易被察觉的科技进步在悄然改变着我们的生活。2017年5月,一则题为《弯的更美,彩电拼颜值看曲面》的报道中写道:“目前虽然整体彩电市场表现欠佳,但是曲面电视市场表现却十分抢眼。”OLED作为柔性超薄彩色显示的代表,为显示终端的多样化创造了更多的可能。

改变你我生活的OLED技术

  曲面屏幕给电子产品的造型设计提供了更大空间,它让产品更加美观的同时,还暗藏着健康的秘密。北京协和医院发布的《曲面/平面电视人眼观看疲劳度差异测试课题研究报告》指出,曲面电视更符合人眼生理构造,能缓解观看者的视觉疲劳感。

  未来,电视、手机和照明设备将更加健康,不再伤害我们的眼睛;电子产品的显示屏可以卷在小小的笔里随身携带;房屋不再用灯泡而是用玻璃窗或者墙面来照明……这些不只是我们的想象,而是可能实现的生活,而这种未来生活的实现要依赖于新一代有机发光材料及其器件的发展。

  苏仕健教授率领团队正是开展着此方向的研究。他们的项目剑指战略性先进电子材料,属于新型显示领域,研究新一代高性能纯有机发光材料/主体材料及其器件,发展具有显示器件应用潜力的、具有自主知识产权的高性能、长寿命、低成本的材料和器件体系。

苏仕健

苏仕健教授(前排左一)及其研究小组成员

        从1960年第一台CRT彩色电视机问世,到1991年第一条TFT-LCD生产线,再到2009年OLED开始应用于手机和电视,以及2015年量产可弯曲OLED显示器。OLED显示器以其节能、大面积、高分辨、超轻薄柔性、健康等优势在市场上一路披荆斩棘,取得节节胜利。

  OLED与传统的液晶显示(LCD)相比,有着不同的发光原理,更有着不可比拟的优势。OLED显示技术具有自发光、广视角、几乎无穷高的对比度、较低耗电、极高反应速度等优点。但是,OLED在价格、寿命上却也存在着短板,尤其是较大显示面板在价格上没有竞争力。

  目前OLED显示材料有三种。其一是1987年研发的第一代传统荧光材料,这种材料不含贵重金属、纯有机、成本低,但是效率低。其二是1998年研发的第二代磷光材料,磷光材料效率是荧光材料的四倍,但是因其含贵重金属而成本高,此外这种材料还存在着蓝光材料寿命短、色纯度差的缺点。目前市场上商用的OLED显示器正是前两种材料的结合,蓝光为荧光,红光和绿光为磷光。

  2012年出现了第三种OLED显示材料——新一代有机发光材料,它不含贵重金属、纯有机,与磷光材料有着旗鼓相当的高效率,但急需解决稳定性问题。苏仕健团队所需要做的就是把这样的传统材料替换为新一代有机发光材料,扬长避短,发挥新一代有机发光材料的优势,又克服其稳定性欠佳的短板。

“弯道超车”打破国外垄断

  据了解,在显示面板行业中,OLED显示面板的材料成本约占30%。而国内权威机构统计,2015年,世界的OLED材料需求约为10吨,经济产值约10亿美元;预计到2020年,世界需求为28吨,经济产值近30亿美元;届时,中国国内市场需求约10吨,经济产值约50亿元人民币。这是一块非常大的“蛋糕”,中国如何在其中分得一杯羹?

  如此大的市场体量,OLED材料在中国的发展却不容乐观。目前已应用于商品化OLED产品的关键材料和技术被美国UDC、德国Merk、日本出光等外国公司垄断,中国亟需具有自主知识产权的低成本、高性能材料和简约器件及低成本制备工艺来改变现状,而苏仕健团队的项目则有望使中国在此行业实现“弯道超车”,直达国际先进甚至领先水平。

  新一代有机电致发光材料与器件这一项目,为中国的显示器件产业实现“弯道超车”装上了“超级发动机”。课题的背后,又是什么“诱惑”着科研团队孜孜以求、全力以赴?

  “是我们科研工作者必须承担的社会责任,以及对国家科技强大的追求”,苏仕健表示,新一代有机电致发光材料取代当前广泛商用的磷光材料,将带来巨大的产业成本下降和环境保护价值。磷光材料中含有贵重金属,不仅成本高,更使得废弃电子产品垃圾成为环境保护的难题。而纯有机发光材料不但取材来源更加广泛且成本低廉,更因为不含重金属成分,废弃后也易于处理,不会污染环境。

OLED

新一代OLED在照明上的应用

        除了低廉环保的材料研发,该项目还注重发光器件的结构和制备工艺的简约化,这使得新一代OLED显示技术广泛深入人们的生活成为了可能。“没有做不到,只有想不到”,苏仕健表示,OLED轻薄便携且可卷曲的特性,可以为产品的应用带来更多的想象与可能,除了卷轴式显示屏、墙体照明、发光工艺品外,在新一代OLED的可应用范围面前,反而显得人们的想象力有些不足。

  然而,这一项目的最重要的意义,是将实现未来显示器件的核心组成部分以及核心专利技术,都将掌握在我们国人自己手中,产业发展将不再受制于人,我国的显示器件行业不但可以做得更大,而且有机会真正做强。

  苏仕健表示,目前我国OLED显示面板的核心材料主要靠进口,相关产品也普遍以中、低端产品为主。中国相关产品虽然因为人工等成本较低而具有一定的价格优势,但是利润水平也相对处于低位。未来,随着新一代自主知识产权有机电致发光材料与器件的成功,中国相关产业不但实现利润水平大幅提高,更可以通过高端产品的研发,真正参与到世界竞争中,掌握主动权,实现弯道超车、后发制人。

  作为“战略性先进电子材料”国家重点研发计划重点专项的组成部分,新一代有机电致发光材料与器件项目有效服务于国家科技产业重大战略,从合成化学、材料、器件、物理、工艺及显示系统集成等开展全链条协同创新研究,并将最终研发出具有国际先进水平的新一代高效率低成本有机发光材料及显示器件。

  目前,在项目团队的共同努力下,已成功开发了覆盖全部可见光区域的纯有机发光材料,取得了目前文献报道中的最高效率水平,申请了一批发明专利。接下来将重点围绕其中更具潜力的关键材料,着重解决稳定性的问题,深度挖掘其显示器件的应用潜力。

《新视点》第31期

文 字:王云昀 赵春旭

图 片:受访者提供

编 审:孙宏志 柯 宁

总策划:张锅红