科學(xué)基金提升有機(jī)電致發(fā)光基礎(chǔ)研究實(shí)力

數(shù)據(jù)表明，我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)40%以上的產(chǎn)值與“顯示”有關(guān)，但我們并非“顯示”強(qiáng)國(guó)。在陰極射線管顯示器（CRT）和液晶顯示器（LCD）時(shí)代，技術(shù)引進(jìn)使我國(guó)長(zhǎng)期被限制于產(chǎn)業(yè)鏈的末端，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。

有機(jī)發(fā)光顯示器（OLED）技術(shù)的興起，有可能讓我國(guó)攫住“顯示”先機(jī)。在國(guó)家自然科學(xué)基金的持續(xù)資助下，清華大學(xué)副校長(zhǎng)邱勇團(tuán)隊(duì)對(duì)此進(jìn)行了深入研究，攻克了有機(jī)發(fā)光顯示器產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須解決的材料、器件、工藝方面系列關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。

OLED的優(yōu)勢(shì)

“清華大學(xué)研制的OLED曾用于”神七“艙外航天服顯示，滿足了航天服耐高低溫（-40℃到100℃）、抗電磁干擾、耐力學(xué)沖擊、防靜電等性能要求。”邱勇對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者說，“神九”沒有出艙任務(wù)，因此沒有用OLED顯示，但今后的飛船內(nèi)還會(huì)采用OLED顯示和照明技術(shù)。”

有機(jī)發(fā)光顯示器是有機(jī)半導(dǎo)體材料在電場(chǎng)作用下，電子與空穴注入復(fù)合發(fā)光器件。和OLED相比，LED也是一種電—光轉(zhuǎn)換型器件，但所采用的是無機(jī)材料。由此可見，OLED與LED既有區(qū)別又有聯(lián)系。在照明領(lǐng)域，受結(jié)構(gòu)限制，LED是點(diǎn)光源，而OLED是平面光源；在顯示領(lǐng)域，LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的顯示器件，無法顯示高分辨率的圖像，而OLED是由光刻電極基板與有機(jī)發(fā)光材料結(jié)合組成的顯示器件，可以實(shí)現(xiàn)高分辨率的圖像。

OLED還具有全固態(tài)、主動(dòng)發(fā)光、高亮度、高對(duì)比度、超薄、低功耗、無視角限制、工作溫度范圍寬、可實(shí)現(xiàn)柔軟顯示等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此也被業(yè)界認(rèn)為是最有發(fā)展前景的新型顯示技術(shù)之一。

目前，基于清華大學(xué)技術(shù)生產(chǎn)的OLED產(chǎn)品已應(yīng)用在消費(fèi)電子、工控儀表、醫(yī)療器械、煤礦安全、智能監(jiān)控系統(tǒng)等民用領(lǐng)域，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占據(jù)了50%以上的份額，并出口歐洲、日本、韓國(guó)，已進(jìn)入全球小尺寸OLED產(chǎn)品出貨量的前兩位。

此外，該產(chǎn)品在一些特殊領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用，如中國(guó)正在自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的終端顯示，軍用電臺(tái)及通訊裝置，戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī)等顯示飛行參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、高度參數(shù)等的顯示設(shè)備。

挑戰(zhàn)性的課題

有機(jī)電材料有如此多的優(yōu)勢(shì)，但器件的發(fā)光效率、壽命是制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素。要實(shí)現(xiàn)OLED技術(shù)的自主產(chǎn)業(yè)化，材料、器件、工藝和驅(qū)動(dòng)方面存在的一系列科學(xué)問題須優(yōu)先解決。

“在有機(jī)光電材料和器件領(lǐng)域，OLED是最先得到成功應(yīng)用的。但其關(guān)鍵技術(shù)問題的解決，必須基于基礎(chǔ)研究的突破。”邱勇說，“國(guó)家自然科學(xué)基金委的長(zhǎng)期支持，對(duì)開展相關(guān)OLED基礎(chǔ)研究起到了關(guān)鍵作用。”

由于OLED技術(shù)是一門涉及化學(xué)、電子、材料、物理、光學(xué)等多種學(xué)科的新型交叉學(xué)科，邱勇以項(xiàng)目目標(biāo)為中心組織隊(duì)伍，通過實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)和社會(huì)人才引進(jìn)，組建了一支多學(xué)科的人才團(tuán)隊(duì)，不同學(xué)科人才的交融，大大推進(jìn)了OLED項(xiàng)目的進(jìn)展。

1997年，邱勇團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了“有機(jī)聚合物光電信息材料與器件的基礎(chǔ)研究”重大項(xiàng)目的子課題，完成了研究電致發(fā)光器件制備系統(tǒng)的研制，他們采用離子束處理導(dǎo)電玻璃，降低了器件的驅(qū)動(dòng)電壓，大大提高了器件的發(fā)光效率和穩(wěn)定性，當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的OLED器件驅(qū)動(dòng)響應(yīng)系統(tǒng)和無源驅(qū)動(dòng)電路已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

該團(tuán)隊(duì)在完成科學(xué)基金項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，又獲得相關(guān)企業(yè)、發(fā)展改革委和科技部的支持，并于2002年建立起中國(guó)大陸第一條OLED中試線。在當(dāng)年教育部組織的成果鑒定會(huì)上，以中國(guó)工程院院士周立偉為主任的鑒定委員會(huì)認(rèn)為：該研究“擁有多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，總體技術(shù)水平國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平”。

高性能有機(jī)電致發(fā)光軟屏的研制及其關(guān)鍵科學(xué)問題的研究是國(guó)際上備受關(guān)注的、富有挑戰(zhàn)性的課題。2002年，邱勇團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了科學(xué)基金重大研究計(jì)劃中的重點(diǎn)項(xiàng)目，開始高性能有機(jī)電致發(fā)光軟屏的研制。該項(xiàng)目創(chuàng)造性地開發(fā)了一種有機(jī)無機(jī)薄厚膜復(fù)合封裝技術(shù)，大幅度提高了軟屏器件的壽命，成功推出了128×64點(diǎn)陣OLED軟屏，成為國(guó)際上少數(shù)幾家可以制備并展示柔性O(shè)LED顯示器和柔性照明器件的單位。

2003年，邱勇獲得國(guó)家杰出青年科學(xué)基金資助，在國(guó)際上較早開展了可濕法制膜的有機(jī)小分子發(fā)光材料和器件研究，并采用多齒配體和混合配位的分子設(shè)計(jì)思路，合成了系列可濕法制膜的金屬絡(luò)合物材料，實(shí)現(xiàn)了高效率小分子濕法制膜器件，2007年底該項(xiàng)目結(jié)題時(shí)，被評(píng)審專家評(píng)為“特優(yōu)”。

在中國(guó)大陸，有數(shù)十家科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)從事OLED的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作。中國(guó)OLED基礎(chǔ)技術(shù)與國(guó)外差距不大，研究人員在機(jī)理研究、材料開發(fā)、器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝技術(shù)等方面做了大量工作，取得了一系列有價(jià)值的研究成果，獲得了大量的專利技術(shù)。

在國(guó)家自然科學(xué)基金、“863”、“973”等項(xiàng)目的資助下，邱勇團(tuán)隊(duì)經(jīng)過十幾年基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)，系統(tǒng)掌握了OLED材料、器件、工藝等關(guān)鍵技術(shù)問題，申請(qǐng)果內(nèi)外專利200多件，同時(shí)參與并負(fù)責(zé)OLED國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制訂，完成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一項(xiàng)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)兩項(xiàng)。該團(tuán)隊(duì)研究成果實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化以來，已成功開發(fā)出30多個(gè)系列300余款OLED顯示產(chǎn)品。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航天、國(guó)防、消費(fèi)電子、工控儀表、醫(yī)療器械、網(wǎng)絡(luò)通訊和金融安全等領(lǐng)域。今年年初，邱勇團(tuán)隊(duì)獲得2011年國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

“我國(guó)在OLED材料的基礎(chǔ)研究和無源OLED器件的產(chǎn)業(yè)化方面，都處于國(guó)際先進(jìn)水平，在某些技術(shù)方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。但在適用于大面積顯示的有源OLED器件研究方面，由于產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)（如低溫多晶硅技術(shù)）和產(chǎn)業(yè)投入上的不足，目前仍落后于國(guó)際先進(jìn)水平。”邱勇說。

技術(shù)發(fā)展的基石

有機(jī)電致發(fā)光技術(shù)的研究及應(yīng)用推動(dòng)了有機(jī)電子學(xué)的發(fā)展。邱勇還負(fù)責(zé)了清華大學(xué)“211工程”重點(diǎn)項(xiàng)目“有機(jī)電子學(xué)”學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目，2003年以來開設(shè)了有機(jī)電子學(xué)和有機(jī)光電材料和器件兩門課程。培養(yǎng)了一批有扎實(shí)專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)、又積累了產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作經(jīng)驗(yàn)的復(fù)合型人才隊(duì)伍。

“清華大學(xué)非常看重國(guó)家自然科學(xué)基金，其原因不僅在于獲得的經(jīng)費(fèi)支持，還因?yàn)樵谥С只A(chǔ)研究、穩(wěn)定和培養(yǎng)人才隊(duì)伍、推動(dòng)學(xué)校相關(guān)學(xué)科的發(fā)展方面，科學(xué)基金發(fā)揮了不可替代的作用。”邱勇說，“科學(xué)基金要多撒”種子“，對(duì)于優(yōu)秀項(xiàng)目，應(yīng)加大滾動(dòng)支持力度。在評(píng)審方面，建議擴(kuò)大專家?guī)?，減少每位專家的評(píng)審工作量。”[!--empirenews.page--]

從自身獲得科學(xué)基金資助的經(jīng)歷看，邱勇認(rèn)為國(guó)家自然科學(xué)基金對(duì)思想最活躍、創(chuàng)造力最強(qiáng)的年輕人來說，作用如同雪中送炭。因此，在基金申請(qǐng)方面，應(yīng)當(dāng)給青年人更多的機(jī)會(huì)，擴(kuò)大青年基金資助面。

目前，邱勇團(tuán)隊(duì)關(guān)注的方向包括大尺寸OLED顯示技術(shù)、OLED照明技術(shù)、有機(jī)半導(dǎo)體傳輸機(jī)理以及有機(jī)無機(jī)復(fù)合半導(dǎo)體材料的研究。