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攫住“显示”先机

——科学基金提升有机电致发光基础研究实力

来源:中国科学报 2012-09-26 张双虎

  数据表明,我国信息产业40%以上的产值与“显示”有关,但我们并非“显示”强国。在阴极射线管显示器(CRT)和液晶显示器(LCD)时代,技术引进使我国长期被限制于产业链的末端,国际竞争力不强。

  有机发光显示器(OLED)技术的兴起,有可能让我国攫住“显示”先机。在国家自然科学基金的持续资助下,清华大学副校长邱勇团队对此进行了深入研究,攻克了有机发光显示器产业发展必须解决的材料、器件、工艺方面系列关键科学技术问题。

OLED的优势

  “清华大学研制的OLED曾用于‘神七’舱外航天服显示,满足了航天服耐高低温(-40℃到100℃)、抗电磁干扰、耐力学冲击、防静电等性能要求。”邱勇对《中国科学报》记者说,“‘神九’没有出舱任务,因此没有用OLED显示,但今后的飞船内还会采用OLED显示和照明技术。”

  有机发光显示器是有机半导体材料在电场作用下,电子与空穴注入复合发光器件。和OLED相比,LED也是一种电—光转换型器件,但所采用的是无机材料。由此可见,OLED与LED既有区别又有联系。在照明领域,受结构限制,LED是点光源,而OLED是平面光源;在显示领域,LED显示屏是由发光二极管排列组成的显示器件,无法显示高分辨率的图像,而OLED是由光刻电极基板与有机发光材料结合组成的显示器件,可以实现高分辨率的图像。

  OLED还具有全固态、主动发光、高亮度、高对比度、超薄、低功耗、无视角限制、工作温度范围宽、可实现柔软显示等诸多优点,因此也被业界认为是最有发展前景的新型显示技术之一。

  目前,基于清华大学技术生产的OLED产品已应用在消费电子、工控仪表、医疗器械、煤矿安全、智能监控系统等民用领域,在国内市场占据了50%以上的份额,并出口欧洲、日本、韩国,已进入全球小尺寸OLED产品出货量的前两位。

  此外,该产品在一些特殊领域也得到广泛应用,如中国正在自主研发、独立运行的北斗全球卫星导航系统的终端显示,军用电台及通讯装置,战斗机、直升机等显示飞行参数、发动机参数、高度参数等的显示设备。

挑战性的课题

  有机电材料有如此多的优势,但器件的发光效率、寿命是制约其发展的关键因素。要实现OLED技术的自主产业化,材料、器件、工艺和驱动方面存在的一系列科学问题须优先解决。

  “在有机光电材料和器件领域,OLED是最先得到成功应用的。但其关键技术问题的解决,必须基于基础研究的突破。”邱勇说,“国家自然科学基金委的长期支持,对开展相关OLED基础研究起到了关键作用。”

  由于OLED技术是一门涉及化学、电子、材料、物理、光学等多种学科的新型交叉学科,邱勇以项目目标为中心组织队伍,通过实验室培养和社会人才引进,组建了一支多学科的人才团队,不同学科人才的交融,大大推进了OLED项目的进展。

  1997年,邱勇团队承担了“有机聚合物光电信息材料与器件的基础研究”重大项目的子课题,完成了研究电致发光器件制备系统的研制,他们采用离子束处理导电玻璃,降低了器件的驱动电压,大大提高了器件的发光效率和稳定性,当时设计的OLED器件驱动响应系统和无源驱动电路已达到国际先进水平。

  该团队在完成科学基金项目的基础上,又获得相关企业、发展改革委和科技部的支持,并于2002年建立起中国大陆第一条OLED中试线。在当年教育部组织的成果鉴定会上,以中国工程院院士周立伟为主任的鉴定委员会认为:该研究“拥有多项自主知识产权,总体技术水平国内领先,达到国际先进水平”。

  高性能有机电致发光软屏的研制及其关键科学问题的研究是国际上备受关注的、富有挑战性的课题。2002年,邱勇团队承担了科学基金重大研究计划中的重点项目,开始高性能有机电致发光软屏的研制。该项目创造性地开发了一种有机无机薄厚膜复合封装技术,大幅度提高了软屏器件的寿命,成功推出了128×64点阵OLED软屏,成为国际上少数几家可以制备并展示柔性OLED显示器和柔性照明器件的单位。

  2003年,邱勇获得国家杰出青年科学基金资助,在国际上较早开展了可湿法制膜的有机小分子发光材料和器件研究,并采用多齿配体和混合配位的分子设计思路,合成了系列可湿法制膜的金属络合物材料,实现了高效率小分子湿法制膜器件,2007年底该项目结题时,被评审专家评为“特优”。

  在中国大陆,有数十家科研机构和企业从事OLED的研发和产业化工作。中国OLED基础技术与国外差距不大,研究人员在机理研究、材料开发、器件结构设计、生产工艺技术等方面做了大量工作,取得了一系列有价值的研究成果,获得了大量的专利技术。

  在国家自然科学基金、“863”、“973”等项目的资助下,邱勇团队经过十几年基础研究和技术开发,系统掌握了OLED材料、器件、工艺等关键技术问题,申请果内外专利200多件,同时参与并负责OLED国际和国家标准制订,完成国际标准一项,国家标准两项。该团队研究成果实现产业化以来,已成功开发出30多个系列300余款OLED显示产品。产品广泛应用于航天、国防、消费电子、工控仪表、医疗器械、网络通讯和金融安全等领域。今年年初,邱勇团队获得2011年国家技术发明奖一等奖。

  “我国在OLED材料的基础研究和无源OLED器件的产业化方面,都处于国际先进水平,在某些技术方面达到国际领先水平。但在适用于大面积显示的有源OLED器件研究方面,由于产业基础(如低温多晶硅技术)和产业投入上的不足,目前仍落后于国际先进水平。”邱勇说。

技术发展的基石

  有机电致发光技术的研究及应用推动了有机电子学的发展。邱勇还负责了清华大学“211工程”重点项目“有机电子学”学科建设项目,2003年以来开设了有机电子学和有机光电材料和器件两门课程。培养了一批有扎实专业技术基础、又积累了产业化运作经验的复合型人才队伍。

  “清华大学非常看重国家自然科学基金,其原因不仅在于获得的经费支持,还因为在支持基础研究、稳定和培养人才队伍、推动学校相关学科的发展方面,科学基金发挥了不可替代的作用。”邱勇说,“科学基金要多撒‘种子’,对于优秀项目,应加大滚动支持力度。在评审方面,建议扩大专家库,减少每位专家的评审工作量。”

  从自身获得科学基金资助的经历看,邱勇认为国家自然科学基金对思想最活跃、创造力最强的年轻人来说,作用如同雪中送炭。因此,在基金申请方面,应当给青年人更多的机会,扩大青年基金资助面。

  目前,邱勇团队关注的方向包括大尺寸OLED显示技术、OLED照明技术、有机半导体传输机理以及有机无机复合半导体材料的研究。

 

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2012-09-26 13:51:37]
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