新材料打开OLED“突破窗口”

新材料打开OLED“突破窗口”

研究人员正在进行发光材料有机合成实验

（图／广州日报全媒体记者 文静）

发光材料测试材料

早在五年前，作为主流显示技术，LCD（液晶）技术的发展就出现了疲态。 OLED被公认为下一代显示技术，将在手机、可穿戴设备、电视、电脑等领域得到普及。 。 然而五年过去了，基于LCD技术的产品仍然是许多用户的首选。 OLED目前主要出现在手机、电视等高端产品中，应用水平并不如预期。 原因是OLED产品的价格居高不下。 对于相同尺寸的电视，OLED电视的价格是液晶电视的2到3倍，这让大多数用户望而却步。 无论这个概念多么吸引人，现实是消费者只会购买物有所值的产品。 OLED技术要全面成为显示技术的主流，关键是在保证性能和使用寿命的同时降低成本。

文/广州日报全媒体记者 周伟丽

图/广州日报全媒体记者苏俊杰（署名除外）

图/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。 “万物互联”有一个大前提。 要实现“万物”互联，就需要有一个交互的窗口。 通俗地说，它需要一块“屏幕”，而这块“屏幕”蕴藏着价值数千亿美元的巨大商机。 但由于不同地区、不同用途对显示技术的要求不同，从手机到电视，从可穿戴设备到各种家电，这块“屏幕”有潜力涵盖OLED、LED等多种显示技术，甚至电子纸。 产品矩阵。

在这个矩阵中，OLED最近成为了主角。 OLED又称有机发光半导体，因其具有自发光、无限高对比度、宽视角、低功耗、极快响应速度等特点，被普遍认为是下一代主流显示技术。 。 值得一提的是，OLED除了拥有出色的画质外，还可以实现卷曲、透明、可折叠、轻薄等柔性设计。 截至2018年，中国OLED产业市场规模达290亿美元。 预计2019年全球OLED面板出货量将达到7.68亿片。

针对这个巨大的市场，广州有一支研究团队深耕OLED领域的研发。 “我们专注于新一代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设备。” 这是华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室苏世建教授及其团队研究的一个课题。 听不懂？ 简单来说，他们正在研究新材料来替代现有主要采用稀有金属配体的磷光OLED材料，并且可以绕过欧美公司在该领域的专利“护城河”，从而大幅降低OLED成本。 生产成本目的。

据了解，OLED材料成本约占OLED屏幕总成本的30%，而OLED屏幕只是整个产品众多组成部分之一。 “一旦新材料性能取得突破并实现量产，预计OLED发光材料的成本将降至目前水平的10%。这对于降低OLED发光材料的成本可能不会产生太大影响。” “OLED屏手机的售价，但对电视行业影响较小，影响会更明显。”苏世建教授表示。

记者采访了20名在广州某电子市场购买电视的市民。 无一例外，OLED电视是他们的首选。 市民马女士告诉记者，如果能得到30%的折扣，她就买一台OLED电视。 以售价15499元的65英寸进口OLED电视为例，同品牌65英寸液晶电视的售价为7999元。 记者小范围调查发现，消费者愿意接受的OLED技术溢价在20%至30%之间。

由于这项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复杂的流程。 需要产学研密切合作，还存在很多不确定因素。 因此，目前还很难评估该技术投产后会给OLED电视带来多大的下滑。 但有一点是肯定的，OLED电视的价格不会像现在那么高，并且会以更实惠的价格出现在消费者面前。

希望五年内

材料创新取得突破

每个人都熟悉爱迪生发明电灯的故事。 他对 1,600 多种不同的耐热材料进行了分类和测试。 事实上，发明没有捷径，只是需要不断的尝试和错误。 通过一次又一次的尝试和错误，淘汰掉不合适的材料，最后剩下合适的。 从某种程度上来说，苏世坚教授和他的团队正在做爱迪生当年所做的事情。 不同的是，OLED材料的验证流程更加繁琐、冗长、更加严格。

苏世建教授告诉记者，有机发光器件的单位量子效率可以通过不含稀有金属的纯有机发光体轻松实现，且效率与稀有金属相同。 “现在最大的挑战是使用寿命，只有使用寿命达到与稀有金属发光体同等的水平，才能真正推向市场，被消费者接受。”

目前，团队正在测试和调试20多种纯有机发光材料，并尝试不同的新方法。 什么时候才能取得突破呢？ 在回答这个问题时，苏世建思考了近十秒，才给出了他认为比较负责任的预测：他希望五年之内，有一两种新材料能够脱颖而出，实现量产。 可以理解的是，任何一种研发创新都可能在下一秒实现突破，但也可能是10年、20年后。

TADF-OLED

是 OLED 的热门候选者

据了解，研究团队在提​​高有机发光器件高效性能的研发方面取得了多项成果。 例如，研究人员努力开发热激活延迟荧光材料（TADF）及其可用于蒸发和溶液处理的高效OLED器件。 研究人员成功地将氧化噻蒽作为电子受体应用于有机光电子领域，以苯环作为连接桥，分别以吖啶和吩恶嗪作为电子供体。 他们设计并开发了一种可以同时用于蒸发的装置。 以及溶液加工的新型热激活延迟荧光（TADF）材料。 基于绿光的绿光蒸镀器件最大外量子效率达到19.2%，无空穴传输层的溶液加工器件也可实现17.5%的外量子效率。 与经典绿光TADF材料相比，溶液加工器件的驱动电压和器件的外量子效率均得到了大幅提升。

据报道，与目前商用OLED面板主要使用的含有稀有金属的磷光材料相比，具有热激活延迟荧光（TADF）特性的纯有机发光材料是一种潜在的实现100%激子利用率和低成本优势的材料。 目前，TADF-OLED已经能够实现与基于磷光材料的OLED相当的电致发光性能，使其成为低成本、高效率OLED技术应用的热门候选。

同时，研发团队设计了新型三螺环供体单元，并将其与经典的三嗪受体结合，成功制备出高效多功能蓝光TADF材料——TRZ。 与非螺旋和双螺旋结构的吖啶受体单元相比，长棒状、刚性强、空间位阻大的三螺旋单元可以形成更长的分子骨架，形成双螺旋非受体单元。 共轭结构。 这项工作为高效、多功能的蓝光TADF材料提供了设计思路。

尝试使用虚拟仿真技术

在新材料的研发过程中，效率和使用寿命测试是最耗时的环节，两者缺一不可。 由于新材料需要与器件相匹配，而器件的结构多种多样，因此需要在不同的器件上进行适应性测试。 这个测试工作看似并不复杂，但温度、负载、结构、电力等都需要测试。 每件作品都像刺绣一样。 这是一项非常细致、耗时、工作量大的工作。

为了提高研发速度，今年10月10日，苏世健实验室与荷兰一家仿真软件公司合作，建立了OLED仿真建模合作伙伴关系。 该公司拥有一套名为“”的软件，可以专门优化用于无序系统中分子尺度光电过程的模拟（如OLED有机发光器件、OPV有机光伏器件、OFET有机晶体管等）。 ）。

直观的用户界面使客户能够快速准备和定制他们的虚拟实验，并仅使用普通台式计算机或移动设备即可模拟数十种材料或设备。 简单来说，就是能够通过计算机模拟来获得过去只能通过漫长的实验才能获得的结果。 一方面可以降低测试成本，另一方面可以节省大量时间。

按照计划，双方合作的第一步将聚焦于双方所擅长的器件仿真领域。 第二步，双方计划将合作领域扩大到发光材料的研究，对发光材料进行虚拟模拟测试，利用计算机分析、预测和改进材料性能。 其中，第二步甚至是从未触及的领域。

事实上，苏世健和他的团队并不是唯一在OLED中使用有机发光材料的人。 世界各地还有其他机构正在进行类似的研究和开发。 “我们处于世界上第一个营地。 不管最后谁先‘跨界’，我们（中国）必须拥有这项技术，因为只有拥有专利，才能增强我们的核心竞争力。”中国企业曾遭遇过被高收费的“痛苦”专利费不止一次，这其实是对行业的一个警告——谁忽视基础创新，谁就会在显示技术新时代全面到来之前被淘汰。

OLED的下一个应用场景：汽车照明

与LCD相比，OLED在实现大面积高质量显示和照明、超高分辨率、超快响应速度以及柔性电子应用等方面显示出显着优势。 OLED是电子控制，响应速度快。 LCD需要背光，因此经常出现漏光，难以呈现纯黑色，响应速度也较慢。 OLED技术最大的竞争对手是激光显示。 激光显示技术具有广色域、长寿命、高效率、低功耗、节能环保、轻薄等优点，因此也备受关注。

虽然价格还比较“丰厚”，但OLED已经应用于手机、电视、可穿戴设备等领域。 仅这些显然是不够的。 那么，OLED的下一个应用场景将会是什么？ 苏世建认为，照明不仅可以用于家居照明，还可以用于汽车照明，特别是汽车尾灯。

OLED曲面基于屏幕柔性，“天生”弯曲，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7.5毫米，相当于手机的厚度，重量也比较轻，为10公斤，约为普通液晶电视的50%。

从使用效果来看，以汽车尾灯为例。 汽车尾灯主要显示红光和黄光，要求辨识度高、穿透力强、颜色鲜艳饱满。 这也是OLED优于传统卤素灯泡的地方。 。 目前，中国汽车工业率先向智能化、电动化转型，领先世界。 科技已经成为中国汽车最大的标签之一，OLED的加入无疑将为中国汽车创新赋能。

据中国汽车流通协会（乘用车协会）汽车市场研究分会最新综合销量统计显示，今年10月份国内狭义乘用车市场销量达到184.3万辆，1-10月累计销量达到1662.6万台。 这还只是新车销量，还没有算上庞大的汽车售后市场。 中国车企历来“敢于冒险、敢于尝试”。 他们会敢于尝试OLED尾灯，就像敢于尝试LED头灯和车内互联一样。

记者观察

基础创新和技术研发没有捷径，只能坚持下去。 未来的技术路线是什么？ 可以说，更需要有自己坚定的观点和态度。 作为一个技术人和团队，归根结底还是要用我们的能力和产品来赢得市场。 近年来，我国在OLED领域取得了巨大成就。 有些人认为这是由于运气好和方向正确。 但事实是，中国OLED成功的背后其实是有扎实的研发成果支撑的。