數據表明，我國信息產業(yè)40%以上的產值與“顯示”有關，但我們并非“顯示”強國。在陰極射線管顯示器和液晶顯示器時代，技術引進使我國長期被限制于產業(yè)鏈的末端，國際競爭力不強。
有機發(fā)光顯示器(OLED)技術的興起，有可能讓我國攫住"顯示"先機。在國家自然科學基金的持續(xù)資助下，清華大學副校長邱勇團隊對此進行了深入研究，攻克了有機發(fā)光顯示器產業(yè)發(fā)展必須解決的材料、器件、工藝方面系列關鍵科學技術問題。
OLED的優(yōu)勢
“清華大學研制的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、耐力學沖擊、防靜電等性能要求。”邱勇對《中國科學報》記者說，“‘神九’沒有出艙任務，因此沒有用OLED顯示，但今后的飛船內還會采用OLED顯示和照明技術。”
有機發(fā)光顯示器是有機半導體材料在電場作用下，電子與空穴注入復合發(fā)光器件。和OLED相比，LED也是一種電—光轉換型器件，但所采用的是無機材料。由此可見，OLED與LED既有區(qū)別又有聯(lián)系。在照明領域，受結構限制，LED是點光源，而OLED是平面光源;在顯示領域，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發(fā)光材料結合組成的顯示器件，可以實現(xiàn)高分辨率的圖像。
OLED還具有全固態(tài)、主動發(fā)光、高亮度、高對比度、超薄、低功耗、無視角限制、工作溫度范圍寬、可實現(xiàn)柔軟顯示等諸多優(yōu)點，因此也被業(yè)界認為是最有發(fā)展前景的新型顯示技術之一。
目前，基于清華大學技術生產的OLED產品已應用在消費電子、工控儀表、醫(yī)療器械、煤礦安全、智能監(jiān)控系統(tǒng)等民用領域，在國內市場占據了50%以上的份額，并出口歐洲、日本、韓國，已進入全球小尺寸OLED產品出貨量的前兩位。
此外，該產品在一些特殊領域也得到廣泛應用，如中國正在自主研發(fā)、獨立運行的北斗全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的終端顯示，軍用電臺及通訊裝置，戰(zhàn)斗機、直升機等顯示飛行參數、發(fā)動機參數、高度參數等的顯示設備。
挑戰(zhàn)性的課題
有機電材料有如此多的優(yōu)勢，但器件的發(fā)光效率、壽命是制約其發(fā)展的關鍵因素。要實現(xiàn)OLED技術的自主產業(yè)化，材料、器件、工藝和驅動方面存在的一系列科學問題須優(yōu)先解決。
“在有機光電材料和器件領域，OLED是最先得到成功應用的。但其關鍵技術問題的解決，必須基于基礎研究的突破。”邱勇說，“國家自然科學基金委的長期支持，對開展相關OLED基礎研究起到了關鍵作用。”
由于OLED技術是一門涉及化學、電子、材料、物理、光學等多種學科的新型交叉學科，邱勇以項目目標為中心組織隊伍，通過實驗室培養(yǎng)和社會人才引進，組建了一支多學科的人才團隊，不同學科人才的交融，大大推進了OLED項目的進展。
1997年，邱勇團隊承擔了“有機聚合物光電信息材料與器件的基礎研究”重大項目的子課題，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電玻璃，降低了器件的驅動電壓，大大提高了器件的發(fā)光效率和穩(wěn)定性，當時設計的OLED器件驅動響應系統(tǒng)和無源驅動電路已達到國際先進水平。
該團隊在完成科學基金項目的基礎上，又獲得相關企業(yè)、發(fā)展改革委和科技部的支持，并于2002年建立起中國大陸第一條OLED中試線。在當年教育部組織的成果鑒定會上，以中國工程院院士周立偉為主任的鑒定委員會認為：該研究“擁有多項自主知識產權，總體技術水平國內領先，達到國際先進水平”。
高性能有機電致發(fā)光軟屏的研制及其關鍵科學問題的研究是國際上備受關注的、富有挑戰(zhàn)性的課題。2002年，邱勇團隊承擔了科學基金重大研究計劃中的重點項目，開始高性能有機電致發(fā)光軟屏的研制。該項目創(chuàng)造性地開發(fā)了一種有機無機薄厚膜復合封裝技術，大幅度提高了軟屏器件的壽命，成功推出了128×64點陣OLED軟屏，成為國際上少數幾家可以制備并展示柔性OLED顯示器和柔性照明器件的單位。
2003年，邱勇獲得國家杰出青年科學基金資助，在國際上較早開展了可濕法制膜的有機小分子發(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計思路，合成了系列可濕法制膜的金屬絡合物材料，實現(xiàn)了高效率小分子濕法制膜器件，2007年底該項目結題時，被評審專家評為"特優(yōu)"。
在中國大陸，有數十家科研機構和企業(yè)從事OLED的研發(fā)和產業(yè)化工作。中國OLED基礎技術與國外差距不大，研究人員在機理研究、材料開發(fā)、器件結構設計、生產工藝技術等方面做了大量工作，取得了一系列有價值的研究成果，獲得了大量的專利技術。
在國家自然科學基金、“863”、“973”等項目的資助下，邱勇團隊經過十幾年基礎研究和技術開發(fā)，系統(tǒng)掌握了OLED材料、器件、工藝等關鍵技術問題，申請果內外專利200多件，同時參與并負責OLED國際和國家標準制訂，完成國際標準一項，國家標準兩項。該團隊研究成果實現(xiàn)產業(yè)化以來，已成功開發(fā)出30多個系列300余款OLED顯示產品。產品廣泛應用于航天、國防、消費電子、工控儀表、醫(yī)療器械、網絡通訊和金融安全等領域。今年年初，邱勇團隊獲得2011年國家技術發(fā)明獎一等獎。
“我國在OLED材料的基礎研究和無源OLED器件的產業(yè)化方面，都處于國際先進水平，在某些技術方面達到國際領先水平。但在適用于大面積顯示的有源OLED器件研究方面，由于產業(yè)基礎(如低溫多晶硅技術)和產業(yè)投入上的不足，目前仍落后于國際先進水平。”邱勇說。
技術發(fā)展的基石
有機電致發(fā)光技術的研究及應用推動了有機電子學的發(fā)展。邱勇還負責了清華大學"211工程"重點項目"有機電子學"學科建設項目，2003年以來開設了有機電子學和有機光電材料和器件兩門課程。培養(yǎng)了一批有扎實專業(yè)技術基礎、又積累了產業(yè)化運作經驗的復合型人才隊伍。
“清華大學非?？粗貒易匀豢茖W基金，其原因不僅在于獲得的經費支持，還因為在支持基礎研究、穩(wěn)定和培養(yǎng)人才隊伍、推動學校相關學科的發(fā)展方面，科學基金發(fā)揮了不可替代的作用。”邱勇說，“科學基金要多撒‘種子’，對于優(yōu)秀項目，應加大滾動支持力度。在評審方面，建議擴大專家?guī)?，減少每位專家的評審工作量。”
從自身獲得科學基金資助的經歷看，邱勇認為國家自然科學基金對思想最活躍、創(chuàng)造力最強的年輕人來說，作用如同雪中送炭。因此，在基金申請方面，應當給青年人更多的機會，擴大青年基金資助面。
目前，邱勇團隊關注的方向包括大尺寸OLED顯示技術、OLED照明技術、有機半導體傳輸機理以及有機無機復合半導體材料的研究。
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