PAGEPAGE22項目名稱：有機/高分子平板顯示材料的基礎研究首席科學家：王利祥中國科學院長春應用化學研究所起止年限：2025.1至2025.8依托部門：中國科學院

一、研究內(nèi)容（一）擬解決的關鍵科學問題高發(fā)光效率、高遷移率有機顯示材料的結(jié)構(gòu)設計與合成方法有機/高分子顯示材料的分子結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)是決定有機/高分子顯示材料發(fā)光顏色（紅色、綠色、藍色和白色）和發(fā)光效率（溶液態(tài)和薄膜態(tài)熒光量子效率）以及載流子遷移率（空穴遷移率和電子遷移率）的關鍵因素。有機半導體材料的結(jié)構(gòu)規(guī)整性、立構(gòu)規(guī)整性、結(jié)構(gòu)形狀（棒狀、盤狀和球狀）和聚集結(jié)構(gòu)是決定場效應遷移率和晶體管器件整流特性的關鍵因素。抑制結(jié)構(gòu)缺陷、制備結(jié)構(gòu)明確的有機顯示材料和分子量與分子量分布可控的高分子顯示材料以及無催化劑殘渣的高純材料，迫切需要突破傳統(tǒng)Suzuki、Yamomoto、Stille、Ullmann等經(jīng)典縮合聚合反應，發(fā)展有機/高分子顯示材料合成方法。因此，研究有機顯示材料的分子設計、結(jié)構(gòu)設計和合成方法，對于發(fā)展高性能（高發(fā)光效率和高遷移率）有機顯示材料具有重要的學術意義。2、有機顯示材料激發(fā)態(tài)特性、載流子傳輸行為的物理機制與表征方法有機顯示器件的工作原理描述基本沿用無機半導體顯示器件的物理機制，即經(jīng)過載流子的注入、傳輸、復合、衰減等物理過程，但有機/高分子的激發(fā)、傳輸實際上是分子行為，與無機半導體完全不同。單線態(tài)激子的形成過程、形成幾率和單線態(tài)與三線態(tài)激子的轉(zhuǎn)換過程與轉(zhuǎn)換機制與有機/高分子的激發(fā)態(tài)特性、激子壽命等密切相關。載流子注入、傳輸與復合不僅依賴于有機/高分子的電子結(jié)構(gòu)，而且更依賴于有機/高分子薄膜中的分子堆積方式、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)。因此，深刻認識有機顯示材料的激發(fā)態(tài)本質(zhì)、載流子的輸運行為等物理機制，建立表征穩(wěn)態(tài)過程和瞬態(tài)過程的光物理方法，揭示這些物理過程與分子結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)之間的關聯(lián)，無論對指導有機顯示材料的分子設計，還是對有機光電薄膜的凝聚態(tài)調(diào)控、器件結(jié)構(gòu)設計與性能優(yōu)化以及認識有機顯示器件的工作原理均起著至關重要的作用。3．大面積、高有序有機薄膜的均勻制備與凝聚態(tài)調(diào)控大尺寸有機/高分子顯示器件的組裝需要解決大面積有機/高分子薄膜的均勻制備問題，而高質(zhì)量、高有序有機/高分子薄膜的制備需要有機/高分子顯示材料定向生長和有序聚集。有機/高分子薄膜微結(jié)構(gòu)直接影響其光電性能、傳輸性能及器件性能，通過化學和物理誘導手段調(diào)控有機/高分子薄膜的微結(jié)構(gòu)，發(fā)展形態(tài)可控、相態(tài)可調(diào)的大面積、高有序、無缺陷、具有優(yōu)良形態(tài)和相態(tài)穩(wěn)定性的有機/高分子光電薄膜，無疑是制備高性能有機顯示器件的重要基礎。有機/高分子單元顯示器件和集成顯示器件的組裝均涉及各類同質(zhì)界面和異質(zhì)界面，例如：有機與有機界面、有機與無機界面、有機與金屬界面及有機/無機/金屬三者交匯等各種界面形式，直接影響載流子的注入、傳輸、復合與輻射等關鍵物理過程。因此，開展高質(zhì)量、大面積、高有序有機/高分子薄膜的均勻制備，研究形態(tài)結(jié)構(gòu)、相態(tài)結(jié)構(gòu)、晶態(tài)結(jié)構(gòu)、界面結(jié)構(gòu)、界面組成和界面尺寸等凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和表面界面特性對發(fā)展高性能顯示器件無疑是必須解決的關鍵科學問題。4、單元顯示器件與集成顯示器件的組裝工藝與綜合性能優(yōu)化彩色顯示器件、白色顯示器件和柔性顯示器件的單元器件組裝與制備需要設計不同的器件結(jié)構(gòu)，例如多層器件結(jié)構(gòu)、疊層器件結(jié)構(gòu)、微腔器件結(jié)構(gòu)、面發(fā)射器件結(jié)構(gòu)等，集成顯示器件的制備需要協(xié)同設計OTFT與OLED/PLED的器件結(jié)構(gòu)。此外，無論是單元器件還是集成器件組裝，均需要發(fā)展蒸鍍工藝路線（基于蒸鍍型三基色有機發(fā)光材料）和打印工藝路線（基于溶液加工型有機/高分子發(fā)光材料）。實現(xiàn)低成本加工需要發(fā)展全印刷、噴墨打印等組裝技術，實現(xiàn)“單元器件”和“集成器件”性能優(yōu)化需要發(fā)展新型摻雜技術、界面修飾技術，實現(xiàn)長壽命器件需要發(fā)展新型薄膜封裝技術?？傊?，實施器件結(jié)構(gòu)設計、發(fā)展器件組裝方法、實現(xiàn)器件系統(tǒng)集成和性能優(yōu)化，需要系統(tǒng)研究組裝方法和組裝工藝，為綜合性能優(yōu)化提供技術保障。（二）主要研究內(nèi)容1、有機顯示材料的分子設計、可控合成與高純制備（1）在紅綠藍三基色有機/高分子發(fā)光材料方面：針對彩色顯示屏的組裝與制備涉及蒸鍍工藝和打印工藝，分別發(fā)展蒸鍍型三基色有機發(fā)光材料和打印型有機發(fā)光材料，特別是穩(wěn)定的高效藍光小分子和高分子發(fā)光材料。（2）在白光有機/高分子發(fā)光材料方面：針對紅綠藍三基色合成白光工藝路線，發(fā)展窄譜帶發(fā)射的三基色有機/高分子發(fā)光材料，特別是磷光材料體系；面向簡化器件組裝工藝，發(fā)展具有三基色獨立發(fā)光的單一有機小分子白光材料和單一高分子白光材料。（3）在高遷移率有機晶體管材料方面：面向大尺寸、高有序薄膜制備，發(fā)展具有自組織或自組裝特性的平面型有機共軛分子，解決目前并五苯及其衍生物等經(jīng)典材料體系穩(wěn)定性較差的問題；針對在剛性基版和柔性基版上實施外延生長技術，發(fā)展外延生長匹配材料，特別是具有軟有序特征的晶格參數(shù)匹配材料，為制備遷移率大于2-5cm2/Vs的晶體管器件（4）在載流子傳輸與界面修飾材料方面：面向提高器件穩(wěn)定性，發(fā)展形態(tài)穩(wěn)定的有機空穴/電子傳輸材料和高分子空穴傳輸材料；面向提高電子或空穴的注入能力和改善界面相溶性，發(fā)展陽極界面修飾材料和陰極界面修飾材料及疊層器件組裝的界面隔離材料與界面電極材料，特別是水溶性、醇溶性界面材料、具有低電壓和高注入特性的有機/無機雜化界面材料。2、有機顯示材料與薄膜的結(jié)構(gòu)表征、物理行為與加工方法（1）分子結(jié)構(gòu)、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)：圍繞調(diào)控發(fā)光顏色，發(fā)展實現(xiàn)窄譜帶發(fā)射（三基色）、寬譜帶發(fā)射（白色）的實施途徑，建立分子結(jié)構(gòu)－能帶結(jié)構(gòu)－電子結(jié)構(gòu)的關聯(lián)；圍繞提高發(fā)光效率，研究有機/高分子材料與薄膜的聚集狀態(tài)、微結(jié)構(gòu)對發(fā)光效率等光電性能的影響，建立凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)與光電性能的關系；圍繞實現(xiàn)高遷移率，協(xié)同調(diào)控分子結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)。（2）載流子傳輸與轉(zhuǎn)換的物理行為與理論分析：研究激子形成過程和衰減過程、單線態(tài)與三線態(tài)激子的轉(zhuǎn)化機制，為提高發(fā)光效率提供實驗和理論依據(jù)及實施途徑；研究熒光和磷光體系的電子結(jié)構(gòu)、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)對空穴與電子傳輸特性的影響規(guī)律，為實現(xiàn)空穴與電子傳輸平衡提供實施途徑；針對晶體管器件組裝，研究有機半導體異質(zhì)結(jié)的形成過程與物理本質(zhì)；研究分子內(nèi)和分子間能量轉(zhuǎn)移以及電荷限制的實現(xiàn)途徑，全熒光體系、全磷光體系和熒光/磷光混合體系的能量轉(zhuǎn)移與電荷限制規(guī)律，為基于能量轉(zhuǎn)移和電荷限制原理應用到分子設計和結(jié)構(gòu)設計提供基礎依據(jù)。（3）有機顯示薄膜高質(zhì)量制備與微加工：研究蒸鍍型有機薄膜的定向生長規(guī)律和形態(tài)、晶態(tài)控制因素，為制備大面積、高有序有機薄膜提供基礎依據(jù)；研究旋涂型高分子薄膜的形成條件、成膜過程、聚集本質(zhì)及調(diào)控形態(tài)結(jié)構(gòu)和相態(tài)結(jié)構(gòu)的化學與物理方法，為采用噴墨打印和印刷技術制備大面積、均勻化高分子薄膜提供實驗依據(jù)；針對單元器件組裝和集成器件組裝，在剛性基板與柔性襯底上發(fā)展有機/高分子薄膜圖案化和微加工技術，特別是噴墨打印、軟刻蝕、熱剝離、傳遞轉(zhuǎn)移等。3、有機顯示器件的性能評價、組裝工藝與集成技術（1）顯示材料的器件評價：面向蒸鍍型器件（OLED/OTFT），通過單層器件和多層器件結(jié)構(gòu)設計，分別評價紅綠藍三基色及白色有機發(fā)光材料的發(fā)光效率、色純度、顯色指數(shù)、高亮度下的效率穩(wěn)定性和工作壽命等，載流子傳輸材料的電子或空穴遷移率及熱穩(wěn)定性、形態(tài)穩(wěn)定性對器件性能的影響；界面修飾材料的接觸特性、注入特性等對器件性能的影響；面向打印型器件（PLED），通過基本器件結(jié)構(gòu)設計，評價溶液加工型有機小分子、共軛齊聚物、樹枝狀分子、三基色高分子發(fā)光材料的溶液行為、流變行為、成膜行為及分子量、分子量分布等關鍵物理參數(shù)對器件光電性能的影響，為溶液加工型有機/高分子材料的篩選和反過來指導分子設計與結(jié)構(gòu)修飾提供器件評價依據(jù)。（2）原理型器件的組裝工藝與性能優(yōu)化：圍繞彩色顯示器件、白色顯示器件和柔性顯示器件的組裝與優(yōu)化，開展新型器件結(jié)構(gòu)設計與制備、發(fā)展彩色化技術、柔性化技術、印刷技術以及器件穩(wěn)定性研究。全熒光型、全磷光型和熒光/磷光復合型OLED的結(jié)構(gòu)設計及其制備技術：主要進行有機層之間的能級匹配調(diào)控、發(fā)光區(qū)構(gòu)型的研究，達到優(yōu)化器件性能的目的；疊層器件結(jié)構(gòu)OLED的設計與優(yōu)化：主要進行電荷產(chǎn)生層的材料選擇、結(jié)構(gòu)設計及其能級調(diào)控，并進行材料匹配和厚度的優(yōu)化，制備高效率疊層結(jié)構(gòu)有機顯示器件；面向提高輸出光效率，開展輸出耦合層的設計與制備，重點在于通過材料選擇和結(jié)構(gòu)設計制備出能量匹配、效果顯著的輸出耦合層；大面積OLED組裝，集中在于高質(zhì)量薄膜的均勻化制備、器件結(jié)構(gòu)設計和制備工藝改進；柔性OLED組裝，集中在解決高性能陽極和高透明陰極的制備和塑料基版的水氧阻隔性能優(yōu)化及針對柔性基版的封裝技術；開展OLED/PLED/OTFT器件的穩(wěn)定性和退化機制研究，為建立器件結(jié)構(gòu)、封裝技術和工作壽命的關系提供實驗依據(jù)。（3）全有機有源驅(qū)動集成器件與集成技術：基于有機平板顯示器件（OLED/PLED）的發(fā)展趨勢：單色到彩色、無源到有源，開展有機薄膜晶體管驅(qū)動有機顯示器件（OTFT-AMOLED）的集成器件和集成技術研究。發(fā)展涉及活性組分、配套組分、金屬電極、絕緣修飾層的圖案化技術，為實現(xiàn)單元器件的系統(tǒng)集成提供技術基礎；發(fā)展OTFT驅(qū)動電路設計與制備技術，開發(fā)電流參數(shù)大于100A的有機薄膜晶體管，為滿足有機發(fā)光顯示器件驅(qū)動提供依據(jù)；開發(fā)驅(qū)動電流小于2.0mA/cm2的有機顯示器件，為與有

二、預期目標總體目標：在前期973項目五年工作基礎上，總體研究定位在實現(xiàn)基礎探索為主向目標導向為主的轉(zhuǎn)變，材料方面研究從材料化學研究為主向材料應用導向為主的轉(zhuǎn)變，器件方面研究從面向材料性能評價向器件應用技術開發(fā)為主的轉(zhuǎn)變。面向?qū)崿F(xiàn)有機平板顯示材料與器件單項性能指標和綜合性能指標提升，以解決材料制備、薄膜加工和器件組裝涉及的關鍵科學和技術問題為核心，圍繞三類有機平板顯示器件（彩色顯示屏、白色顯示屏和柔性顯示屏）為應用目標，特別是以國際上剛剛起步的具有原創(chuàng)性機遇的全有機有源驅(qū)動集成顯示器件（OTFT－AMOLED）作為重點突破口和源頭創(chuàng)新，加強高分子顯示器件的研究工作，以“材料化學－薄膜物理－器件工程”研究鏈條為主線，發(fā)展四類有機顯示材料（紅綠藍三基色發(fā)光材料、白色發(fā)光材料、高遷移率有機晶體管材料和載流子傳輸與界面修飾材料），特別是以藍光材料的效率和壽命研究作為工作重點；開發(fā)五類有機顯示材料與器件的核心技術（高純制備技術、低成本加工技術、彩色化技術、柔性化技術、驅(qū)動與顯示集成技術）。在基礎研究方面，通過材料體系、加工方法、器件原理等方面的重點突破，做出具有國際影響力的重大創(chuàng)新貢獻，顯著提升我國在該領域的國際地位；在應用研究方面，通過解決實用價值材料商業(yè)化應用的制約瓶頸（高性能化和規(guī)?；呒冎苽洌?、原理性單元顯示器件和集成顯示器件的源頭創(chuàng)新，發(fā)展出具有國際核心競爭力的關鍵技術，能夠為國內(nèi)產(chǎn)業(yè)公司實現(xiàn)有機平板顯示器件（OLED/PLED/OTFT）規(guī)模產(chǎn)業(yè)化提供材料配套保障和自主創(chuàng)新技術。五年預期目標：1、獲得四類具有實用價值和應用前景的有機顯示材料（1）針對藍光壽命較短、紅光飽和度不夠的問題，發(fā)展穩(wěn)定的熒光型紅綠藍三基色材料（預期效率指標分別為10cd/A、30cd/A和10cd/A）和磷光型紅綠藍三基色材料（20cd/A、60cd/A和20cd/A）。（2）面向“白光+濾光片”實現(xiàn)彩色顯示的實施途徑，發(fā)展窄譜帶三基色熒光/磷光材料和寬譜帶三基色獨立發(fā)光的單一有機/高分子白光材料（熒光型和磷光型預期效率指標分別為20cd/A和40cd/A）。（3）面向有機薄膜晶體管器件達到非晶硅水平的性能目標需求，發(fā)展遷移率大于1cm2/Vs的新型有機半導體材料和外延生長匹配材料（4）面向提高器件壽命和改善注入/傳輸能力，發(fā)展熱穩(wěn)定和形態(tài)穩(wěn)定的載流子傳輸材料、水（醇）溶性界面材料和驅(qū)動電壓~3V的界面材料。2、發(fā)展五類有機顯示材料與器件的核心技術（1）高純制備技術：面向有機顯示器件量產(chǎn)需求，圍繞具有升華特性的蒸鍍型三基色有機發(fā)光材料、載流子傳輸材料的精制和純化，突破電子級有機顯示材料的高純制備技術，力爭達到公斤級批量純化能力。針對催化劑殘渣、分子量、分子量分布對發(fā)光性能的影響，發(fā)展高分子發(fā)光材料的純化技術和分子量分布調(diào)控方法，制備出電子級、分子量分布較窄的高純高分子發(fā)光材料，為發(fā)展高分子顯示器件提供技術儲備。（2）低成本加工技術：面向發(fā)展低成本加工工藝，圍繞有機/高分子顯示器件和有機薄膜晶體管器件的工藝過程，分別在剛性基板和柔性襯底上發(fā)展活性組分、配套組分和金屬電極的單色、全彩色、大面積噴墨打印、印刷技術方法，為實施低成本加工提供技術途徑。（3）彩色化技術：全面掌握實現(xiàn)顯示器件彩色化的兩種技術途徑－三基色RGB像素和“白光+濾光片”，并制備出達到演示和展示效果的原理型彩色化器件。同時，發(fā)展有機顯示薄膜、高分子顯示薄膜、金屬電極的圖案化技術，為發(fā)展集成器件提供技術依據(jù)。（4）柔性化技術：在柔性基版和襯底上（塑料、不銹鋼等）組裝顯示器件，掌握基版處理、透明電極制備、阻隔界面修飾、薄膜封裝等關鍵技術。（5）驅(qū)動與顯示集成技術：開發(fā)遷移率2－5cm2/Vs的大電流輸出（100A）有機薄膜晶體管和低電流驅(qū)動（2.0mA/cm2）的有機顯示屏（OLED），通過器件結(jié)構(gòu)的設計和制備工藝的改善，解決集成過程中的工藝相容性和匹配問題，力爭制備出2－4英寸原理型全有機有源驅(qū)動3、研制出三類有機平板顯示器件（1）彩色顯示器件：應用自主產(chǎn)權(quán)的材料制備熒光型和磷光型器件，在彩色化技術、薄膜封裝技術等方面取得重大進展，力爭在單項性能指標處于國際領先地位，綜合性能指標取得突破進展。完成2英寸，分辨率96xRGBx64彩色顯示屏，壽命達到10000小時。（2）白色顯示器件：采用自主產(chǎn)權(quán)材料制備白色顯示器件，力爭效率達到20cd/A，壽命超過10000小時，并提供4英寸白色OLED樣機。（3）柔性顯示器件：通過自主產(chǎn)權(quán)材料如發(fā)光材料和界面材料，完成96x64點陣柔性彩色顯示屏制備，力爭工作壽命達到1000小時/100cd/m2。本項目研究成果預期在國際著名期刊上發(fā)表影響因子大于3的論文100篇以上，其中爭取發(fā)表10－20篇影響因子大于6以上具有突出創(chuàng)新性或原創(chuàng)性的研究論文；獲得發(fā)明專利20－30項；獲得國家及省部級獎勵1－2項；獲得綜合指標優(yōu)異，具有應用價值并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的有機顯示材料和相關材料，形成3－4種有機顯示屏量產(chǎn)配套材料批量制備。

三、研究方案本項目的出發(fā)點是面向顯示器件的彩色化、集成化和柔性化發(fā)展具有自主產(chǎn)權(quán)的高性能有機/高分子顯示材料，落腳點在于建立“材料化學－薄膜物理－器件工程”的內(nèi)在關聯(lián)，實現(xiàn)有機顯示材料及薄膜研究發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象和新特性向有機顯示器件研究的新原理和新應用的轉(zhuǎn)變。因此，總體研究思路定位在面向顯示器件制備、面向顯示器件組裝工藝、面向顯示器件集成技術，圍繞兩條主線—發(fā)光材料與晶體管材料，優(yōu)先開展有機/高分子顯示材料的高性能化研究，即發(fā)展面向平板顯示的三基色有機/高分子發(fā)光材料和應用白光技術的有機/高分子顯示材料及面向有源驅(qū)動的晶體管器件材料，同時，探索有機/高分子發(fā)光材料新體系、新概念和新理論（如圖所示）。首先，通過重點研究前期973項目篩選出的具有實用價值和前景并具有自主產(chǎn)權(quán)的材料體系的高性能化、規(guī)模制備與批量純化，優(yōu)選出代表性的材料體系進行薄膜制備與性能研究。然后，重點突破加工技術、組裝工藝等過程涉及的關鍵科學與技術問題，實施單元器件組裝和結(jié)構(gòu)設計。最后，集中開展有源驅(qū)動集成技術。總之，本項目將緊緊圍繞總體研究目標，通過系統(tǒng)研究有機顯示材料的分子設計、可控合成與高純制備，有機顯示材料與薄膜的結(jié)構(gòu)表征、物理行為與加工方法，重點突破有機顯示器件的性能評價、組裝工藝與集成技術，實現(xiàn)三類原理型顯示器件的結(jié)構(gòu)設計與組裝評價（彩色顯示器件、白色顯示器件和柔性顯示器件）、獲得四類具有應用前景的有機顯示材料（三基色有機/高分子發(fā)光材料；白色有機/高分子發(fā)光材料；高遷移率有機晶體管材料；載流子傳輸與界面修飾材料），開發(fā)五類有機顯示材料與器件的核心技術（高純制備技術、低成本加工技術、彩色化技術、柔性化技術、驅(qū)動與顯示集成技術）。本項目的創(chuàng)新點與特色主要體現(xiàn)在：（1）“目標導向”和“前瞻探索”相結(jié)合。以有機顯示材料的器件應用評價和發(fā)展三類顯示器件（彩色顯示器件、白色顯示器件和柔性顯示器件）的關鍵技術作為定向目標，按照“材料化學－薄膜物理－器件工程”垂直研究鏈條開展目標導向性基礎研究，并具體體現(xiàn)在“材料方面高性能化和實用化、薄膜方面大面積化和高有序化、器件方面彩色化和集成化”。期望實現(xiàn)總體定位從基礎探索為主向目標導向為主的轉(zhuǎn)變，材料方面研究從材料化學研究為主向材料應用導向為主的轉(zhuǎn)變，器件方面研究從面向材料性能評價向器件應用技術開發(fā)為主的轉(zhuǎn)變。（2）材料研究面向高性能化和實用化。鑒于有機顯示材料的應用評價是實用化的關鍵環(huán)節(jié)和制約瓶頸，無論是單元器件組裝還是集成器件組裝均需要發(fā)展單項性能指標優(yōu)異、綜合性能突出的高性能材料。因此，選擇前期973項目實施篩選出的具有應用潛力和應用前景的材料體系進行系統(tǒng)化研究，例如：二維和三維樹枝狀藍光材料體系、含主體材料的磷光材料體系（綠光和紅光）、單一高分子白光體系、形態(tài)穩(wěn)定注入和傳輸材料等等。（3）器件研究面向彩色化和集成化。鑒于有機顯示器件的發(fā)展趨勢為單色到彩色、無源到有源、小尺寸到大尺寸、單元器件到集成器件，但其中全有機有源驅(qū)動顯示器件不僅是彩色化的實施途徑，而且是集成化的必然選擇。因此，選擇國際上剛剛起步但尚未成熟且具有重大創(chuàng)新機遇的集成器件（全有機有源驅(qū)動集成顯示器件－OTFT－AMOLED）作為突破點和源頭創(chuàng)新，帶動顯示器件研究的彩色化進程和材料研究的高性能化與實用化進程。（4）理論研究面向材料設計與器件組裝。鑒于發(fā)光效率和遷移率為評價有機/高分子發(fā)光材料和有機晶體管材料的關鍵指標，界面修飾對改善器件綜合性能，特別是工作壽命的重要性。因此，急需開展激發(fā)態(tài)動力學過程理論描述和發(fā)光效率理論預測及復雜體系電子轉(zhuǎn)移理論研究，實現(xiàn)高發(fā)光效率和高遷移率的理論設計；迫切需要建立界面修飾層與功函數(shù)的理論模型，指導界面材料篩選和器件工藝設計及性能優(yōu)化。根據(jù)總體目標和總體研究方案，設置如下5個課題：課題1.面向平板顯示的三基色有機發(fā)光材料課題2.應用白光技術的有機顯示材料課題3.面向有源驅(qū)動的高遷移率材料與集成技術課題4.有機顯示器件的組裝制備與性能優(yōu)化課題5.新型有機發(fā)光材料體系與理論探索其中前4個課題定位在目標導向性基礎研究，重點發(fā)展面向3類演示顯示器件（彩色顯示屏、白色顯示和柔性顯示屏）和1類集成技術（全有機有源驅(qū)動/顯示集成器件）涉及的的關鍵材料和核心技術；第5個課題定位在前瞻探索性基礎研究，重點發(fā)展面向下一代原理型器件的新理論、新體系和新技術。課題1.面向平板顯示的三基色有機發(fā)光材料目標：在前期973支持下研發(fā)的自主材料體系基礎上，充分考慮大面積發(fā)光薄膜與高性能器件制備對材料結(jié)構(gòu)參數(shù)和純度以及配套材料的要求，通過分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化實現(xiàn)自主材料體系的高性能化，重點解決目前藍光小分子發(fā)光材料器件壽命偏短、紅光小分子發(fā)光材料色飽和度不足、高分子發(fā)光材料效率與壽命偏低等問題。在此基礎上，強調(diào)合成方法與提純方法的研究，實現(xiàn)3－5種典型高性能材料的規(guī)?；苽渑c提純，在質(zhì)量和數(shù)量兩個方面為顯示屏的制備提供材料保障。研究內(nèi)容：針對上述目標，將從升華型小分子發(fā)光材料、溶液加工型發(fā)光小分子/齊聚物、樹枝化分子發(fā)光材料、高分子發(fā)光材料、載流子傳輸材料幾個方面開展研究：1）升華型小分子發(fā)光材料通過分子結(jié)構(gòu)、功能基團的優(yōu)化控制分子軌道（主要是HOMO和LUMO軌道）能級，提高紅光、藍光小分子熒光和磷光發(fā)光材料的色純度。通過傳輸基團、剛性基團和枝化取代基的引入提高形態(tài)穩(wěn)定性和載流子傳輸能力，篩選在高電流密度下載流子注入與傳輸平衡的材料體系，達到提高器件發(fā)光效率和壽命的目的。同時研究可控合成與精制純化技術，具備批量提供高純材料的能力。2）溶液加工型小分子/齊聚物發(fā)光材料利用可溶性小分子/齊聚物結(jié)構(gòu)易控制、可實現(xiàn)高純制備和可溶液加工的優(yōu)點，重點開發(fā)具有二維和三維結(jié)構(gòu)特征的溶液加工型熒光和磷光小分子與齊聚物。通過分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化提高發(fā)光效率與形態(tài)穩(wěn)定性，研究分子量－成膜性－形態(tài)穩(wěn)定性的關系，發(fā)展合成方法與合成策略，開發(fā)易合成與提純且發(fā)光效率高、形態(tài)穩(wěn)定性好的溶液加工型小分子/齊聚物發(fā)光材料。3）樹枝狀分子發(fā)光材料利用磷光發(fā)光配合物具有高效電致發(fā)光性能的優(yōu)勢和樹枝狀分子結(jié)構(gòu)確定、可通過核殼結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)賦予新功能和具有分子天線功能等優(yōu)點，采用具有空穴或電子傳輸功能的芳香基團合成不同代數(shù)dendron配體，構(gòu)造以Ir或Pt配合物為核的樹枝化磷光發(fā)光材料。重點研究代數(shù)、dendron密度對發(fā)光性能的影響，優(yōu)化出具有高效固體發(fā)光性質(zhì)的樹枝化發(fā)光材料，器件效率和小分子摻雜磷光器件相當。4）高分子發(fā)光材料以提高發(fā)光效率和實現(xiàn)大面積發(fā)光薄膜的打印或印刷為目標，協(xié)同考慮溶液性質(zhì)、流變行為和成膜性，開發(fā)新型結(jié)構(gòu)單元，通過不同單體共聚調(diào)節(jié)載流子傳輸能力，通過引入磷光配合物等高效發(fā)光基團，控制能量轉(zhuǎn)移過程與程度提高發(fā)光效率。優(yōu)化聚合反應和提純方法，提高發(fā)光效率與器件穩(wěn)定性。調(diào)節(jié)分子量與大分子鏈構(gòu)象，研究分子結(jié)構(gòu)、分子量與溶液性質(zhì)、可打印性的關系。研究適合于規(guī)模合成的單體合成方法與聚合、提純工藝，具備提供結(jié)構(gòu)參數(shù)、性質(zhì)穩(wěn)定的高性能發(fā)光聚合物的能力。5）載流子傳輸材料具有優(yōu)異形態(tài)穩(wěn)定性和載流子注入傳輸性能的載流子傳輸材料是制備高性能有機/高分子發(fā)光器件的核心配套材料。通過星形結(jié)構(gòu)引入提高形態(tài)穩(wěn)定性，發(fā)展替代經(jīng)典NPB或PBD的熱穩(wěn)定（Tg>150oC）有機空穴/電子傳輸材料。引入光、熱交聯(lián)基團設計與合成可替代水溶性導電聚噻吩－PEDOT的適合于多層器件制備的空穴傳輸材料。設計與合成不含氫的有機/高分子傳輸材料體系，提高傳輸材料的載流子傳輸能力和穩(wěn)定性。承擔單位：中國科學院長春應用化學研究所課題負責人：王利祥研究員經(jīng)費比例：占總研究經(jīng)費29.2％。課題2.應用白光技術的有機顯示材料目標：鑒于白光加彩色濾光片技術是實現(xiàn)彩色顯示的重要途徑之一，但對器件效率要求很高，發(fā)展可用于制備發(fā)光效率>20cd/A的有機/高分子白光發(fā)光材料體系。研究內(nèi)容：針對上述目標，通過引入高效磷光發(fā)光配合物，圍繞升華型小分子白光材料、磷光主體材料和白光高分子材料開展材料的高性能化研究：1）小分子白光發(fā)光材料通過配體調(diào)節(jié)設計與合成升華型窄譜帶發(fā)射的高效紅、綠、藍磷光發(fā)光材料。通過在配體中引入載流子傳輸基團提高電荷傳輸能力。利用樹枝的空間位阻來阻斷核與外圍發(fā)光體之間的能量傳遞，提高摻雜薄膜的發(fā)光效率。研究紅、綠、藍材料間的匹配原理，篩選出用于全磷光型和磷光/熒光混合型白光器件的材料體系，用于制備功率效率>20lm/W，壽命>10000小時的高性能白光器件。2）磷光主體材料針對經(jīng)典磷光主體材料形態(tài)穩(wěn)定性不好、三線態(tài)能級與高效藍光磷光發(fā)光材料能級不匹配的問題，以咔唑、苯為核心構(gòu)建單元，引入飽和碳、S等原子，調(diào)節(jié)分子的三線態(tài)能級；通過增加分子量、引入大位阻剛性基團或結(jié)構(gòu)，提高材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（>150oC），制備三線態(tài)能級~3.0eV的形態(tài)穩(wěn)定的磷光主體材料，以進一步提高白光發(fā)光器件的效率與穩(wěn)定性。3）單一高分子熒光白光材料采用“通過部分能量轉(zhuǎn)移和電荷限制實現(xiàn)單一高分子發(fā)射白光”的分子設計思想，優(yōu)化聚合物主體單元結(jié)構(gòu)以及紅、綠、藍客體發(fā)光基團結(jié)構(gòu)與含量，調(diào)節(jié)紅、綠、藍發(fā)光光譜位置與發(fā)光強度比例，設計與合成高效、高穩(wěn)定性單一高分子熒光白光材料；發(fā)展界面修飾材料與界面修飾技術，提高器件電子注入能力，實現(xiàn)器件發(fā)光效率>15cd/A。4）單一高分子磷光白光材料將高效磷光配合物引入共軛聚合物主鏈或側(cè)鏈，設計與合成紅、綠、藍三個發(fā)光組份為全磷光或熒光/磷光混合型的單一高分子磷光白光材料。通過優(yōu)化高分子鏈結(jié)構(gòu)，調(diào)控三線態(tài)能級，抑制磷光配合物向共軛聚合物的能量轉(zhuǎn)移，提高發(fā)光效率，實現(xiàn)器件發(fā)光效率>20cd/A的全磷光型單一高分子和樹枝狀分子結(jié)構(gòu)白光材料體系。承擔單位：華南理工大學課題負責人：楊偉教授經(jīng)費比例：占總研究經(jīng)費12.5％。課題3面向有源驅(qū)動的高遷移率材料與集成技術目標：鑒于OTFTAM-OLED/PLED是未來最理想的一種技術組合，通過遷移率>1.0cm2/Vs材料的設計與合成、大面積高有序薄膜生長方法的開發(fā)，發(fā)展可用于有機發(fā)光顯示屏驅(qū)動的OTFT有源矩陣驅(qū)動技術。研究內(nèi)容：針對上述目標，開展高遷移率材料的設計與合成、大面積高有序薄膜生長與高功能OTFT制備、OTFT有源矩陣尋址與驅(qū)動基板的制備及其與OLED/PLED集成技術研究：1）高遷移率材料的設計與合成：在新型高遷移率材料方面，開展遷移率>1.0cm2/Vs且具有優(yōu)異環(huán)境穩(wěn)定性的剛性平面棒狀共軛分子的設計與合成；在金屬酞菁外延生長高遷移率基體材料方面，圍繞晶胞參數(shù)、薄膜制備溫度等參數(shù)的調(diào)節(jié)進行分子設計，研究分子結(jié)構(gòu)、長徑比、空間構(gòu)型與本體和薄膜晶胞參數(shù)的關系，篩選出晶格參數(shù)與金屬酞菁完全匹配的系列高遷移率材料，研究規(guī)模制備與純化技術。2）大面積高有序薄膜生長與高功能OTFT制備：系統(tǒng)研究酞菁類薄膜的生長動力學與晶體習慣取向、生長熱力學與晶型控制、晶界與多晶的融合以及在不同棒狀共軛分子基地上的外延生長規(guī)律，揭示金屬酞菁盤狀分子和棒狀共軛分子晶體的晶格參數(shù)匹配原則，優(yōu)化高功能和分布均勻的薄膜制備條件，尋找到制備條件寬泛的穩(wěn)定工作窗口，發(fā)展在剛性或柔性基板上制備大面積高有序薄膜的方法，發(fā)展遷移率介于2.0-5.0cm2/Vs的OTFT高功能器件。3）OTFT基板制備及其與OLED/PLED的集成技術：在有限的象素單元面積內(nèi)保證40％以上開口率的前提下，提供OLED/PLED象素工作所需要的足夠電流是OTFT與OLED/PLED集成的必要條件，這需要發(fā)展遷移率大于2.0cm2/Vs的OTFT。采用兩個p溝道OTFT和一個象素電容構(gòu)成的電流源電路是目前獲得高開口率和保障OLED/PLED均勻發(fā)光的理想電路方案，因此p-型OTFT單管的均勻性和高功能性的同時實現(xiàn)是優(yōu)化集成設計的技術基礎。另一方面，所要集成的OLED/PLED器件的電壓和電流等工作參數(shù)要與OTFT電路匹配。有鑒于此，需要系統(tǒng)研究承擔單位：中國科學院長春應用化學研究所課題負責人：耿延候研究員經(jīng)費比例：占總研究經(jīng)費20.8％。課題4.有機顯示器件的組裝制備與性能優(yōu)化目標：為了充分發(fā)揮有機/聚合物發(fā)光材料的發(fā)光性能和加工優(yōu)勢，建立有機薄膜凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)與材料和器件性能之間的關聯(lián)性，開發(fā)可充分體現(xiàn)有機/聚合物發(fā)光材料優(yōu)勢的加工技術，實現(xiàn)彩色顯示屏、白色顯示屏和柔性顯示屏的制備。研究內(nèi)容：本課題將針對材料薄膜和器件以及顯示屏制備過程所涉及的關鍵科學與技術問題，以“關鍵材料-器件結(jié)構(gòu)-器件物理-制備工藝-發(fā)光顯示屏”為研究主線，開展1）OLED/PLED的材料表征與性能優(yōu)化；2）有機薄膜的凝聚態(tài)調(diào)控與器件物理；3）大面積發(fā)光薄膜制備技術與配套技術；4）彩色化技術與彩色顯示屏；5）柔性發(fā)光顯示屏與配套技術五方面的研究。1）OLED/PLED的材料表征與性能優(yōu)化以揭示材料發(fā)光性質(zhì)和為發(fā)光顯示屏制備篩選高性能發(fā)光材料與配套材料為目標，通過重點研究金屬與有機之間的接觸問題，探討與之匹配的界面材料、高導電電荷傳輸材料及其構(gòu)筑方法，解決界面穩(wěn)定性及提高電子、空穴注入效率，降低器件工作電壓，提高器件發(fā)光亮度和效率，為充分實現(xiàn)高效率、高穩(wěn)定性的OLED提供實用化界面材料和界面構(gòu)筑技術。結(jié)合熒光和磷光發(fā)光材料的特點進行全熒光型、熒光/磷光復合型和全磷光型OLED的結(jié)構(gòu)設計及其制備技術研究，探討高性能OLED的發(fā)光區(qū)構(gòu)型，開發(fā)新的電荷產(chǎn)生層及其構(gòu)筑方法，進行高效率疊層OLED的設計與優(yōu)化，為實現(xiàn)高性能OLED提供先進的器件結(jié)構(gòu)。進行OLED的退化機制和穩(wěn)定性研究，開發(fā)實用化的封裝材料與封裝工藝，解決OLED由于空氣中的水、氧而造成的退化問題，提高OLED的穩(wěn)定性，進一步探討新的薄膜封裝技術。2）有機薄膜的凝聚態(tài)調(diào)控與器件物理研究OLED器件制備過程中大面積有機薄膜的均勻性生長控制技術、薄膜形態(tài)以及兩種或兩種以上有機分子共摻雜時均勻薄膜的生長機制、形態(tài)調(diào)控、復合膜發(fā)光特性及組分調(diào)節(jié)，建立有機薄膜凝聚態(tài)與材料和器件性能之間的關聯(lián)性以及大面積均勻有機薄膜的可控制備方法及其與工藝過程和薄膜厚度的關系，解決大面積有機薄膜的大電流注入問題，為大面積OLED的組裝奠定基礎。研究載流子在OLED中的注入、傳輸、復合、激子衰減動力學等過程，建立載流子在有機半導體中的電輸運模型及其與材料和薄膜凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的關系，揭示有機發(fā)光器件中的物理本質(zhì)和物理行為，為優(yōu)化制備高性能OLED提供理論基礎。研究疊層器件中電荷產(chǎn)生層的電荷產(chǎn)生機制及其輸運過程，建立電荷產(chǎn)生效率與能級結(jié)構(gòu)和材料特性的關系，為全面提高OLED的綜合性能提供理論設計基礎。3）大面積發(fā)光薄膜制備技術與配套技術以實現(xiàn)低成本大面積發(fā)光聚合物薄膜制備和圖案化為目標，圍繞高分子發(fā)光材料打印、印刷加工過程中的關鍵科學與技術問題，重點研究發(fā)光高分子溶液的流變行為和可打印性，建立分子結(jié)構(gòu)（分子構(gòu)型、構(gòu)象、分子量）與高分子發(fā)光材料打印、印刷行為的關系。結(jié)合界面修飾方法，調(diào)節(jié)基板界面性質(zhì)，研究成膜過程、薄膜凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)與發(fā)光高分子性質(zhì)、加工工藝、基板性質(zhì)的關系，發(fā)展大面積圖案化高分子發(fā)光薄膜的低成本制備配套技術。4）彩色化技術與彩色顯示屏研究ITO基板隔離柱與導電膠的接觸界面特性，以及研究發(fā)光層與電子注入層、電子注入層與導電膠的界面特性。開展印刷型彩色高分子顯示屏的開發(fā)，通過顯示屏基板的設計，發(fā)光層薄膜制備工藝的優(yōu)化，絲網(wǎng)印刷技術的應用，顯示屏外圍電路以及驅(qū)動集成，開發(fā)可印刷陰極材料和相應印刷技術，探索實現(xiàn)彩色發(fā)光顯示屏的材料系統(tǒng)和技術途徑。5）柔性發(fā)光顯示屏與配套技術針對柔性發(fā)光顯示屏對基板、電極材料、封裝材料與封裝技術的要求，以不銹鋼或塑料為柔性基板，重點解決基板平坦化，開發(fā)高性能陽極和透明陰極制備等關鍵技術。以實現(xiàn)柔性顯示屏壽命的實質(zhì)性提高為目標，發(fā)展有機/無機疊層封裝新方法，提高柔性器件對水氧的阻隔性能。結(jié)合器件結(jié)構(gòu)與材料優(yōu)化，掌握器件制備、封裝方面的核心技術，開發(fā)工作壽命超過1000小時的柔性顯示屏及相關配套技術。承擔單位：華南理工大學課題負責人：彭俊彪教授經(jīng)費比例：占總研究經(jīng)費17.5％。課題5.新型有機發(fā)光材料體系與理論探索目標：闡明影響有機/高分子發(fā)光材料發(fā)光效率與載流子傳輸能力的因素，從理論與實驗兩方面探索提高材料性能的途徑，開發(fā)新型發(fā)光材料體系。研究內(nèi)容：本課題將圍繞新型固態(tài)高效發(fā)光材料開發(fā)，新型薄膜圖案化材料與技術，高效發(fā)光材料與高遷移率有機半導體材料理論預測等方向開展新型有機發(fā)光材料體系與理論探索研究。1）有機發(fā)光材料的新體系以開發(fā)固態(tài)高效發(fā)光材料為目標，針對激子偶極相互作用是造成熒光淬滅的主要原因，重點開發(fā)具有交叉結(jié)構(gòu)的二維和三維發(fā)光分子，研究分子結(jié)構(gòu)與分子聚集方式的關系，優(yōu)化出具有固態(tài)發(fā)光效率>50％的的新型藍光發(fā)光材料。利用聚集誘導發(fā)光（AIE）體系固態(tài)下具有高效發(fā)光特征的特點，深入研究進一步提高發(fā)光效率、降低非輻射躍遷幾率的分子結(jié)構(gòu)設計方法，發(fā)展固態(tài)發(fā)光效率>50％的高效有機發(fā)光材料設計新概念和新體系。2）有機發(fā)光薄膜圖案化的新技術發(fā)展低成本的薄膜制備新技術是提升OLED/PLED市場競爭力的關鍵之一。有鑒于此，利用電化學聚合易實現(xiàn)圖案化的優(yōu)點，開發(fā)適合于電化學聚合的紅、綠、藍發(fā)光材料，研究電化學聚合工藝與條件，重點解決電化學聚合薄膜中雜質(zhì)與缺陷的控制和除去方法，發(fā)展高效電化學聚合發(fā)光材料體系與新型圖案化技術，器件效率達到溶液旋涂型器件水平。3）有機發(fā)光材料的新理論圍繞激發(fā)態(tài)過程動力學研究與高效發(fā)光材料理論設計以及復雜體系電子轉(zhuǎn)移理論與高遷移率有機電子材料理論設計兩個方面，一方面發(fā)展更普適的激發(fā)態(tài)衰變量子理論方法，準確描述發(fā)光過程，為可靠預測有機分子發(fā)光效率和高性能發(fā)光材料理論設計提供工具。另一方面發(fā)展適用于具有較強電子耦合的復雜體系的電子轉(zhuǎn)移理論和電荷擴散過程數(shù)值模擬方法，并充分考慮核運動的隧穿量子效應，預測有機材料電荷遷移率。通過上述理論探索和模型建立，為有機/高分子顯示材料的高性能化和新體系開發(fā)提供理論依據(jù)與理論指導。承擔單位：吉林大學課題負責人：馬於光教授經(jīng)費比例：占總研究經(jīng)費20.0％。

四、年度計劃研究內(nèi)容預期目標第一年通過綜合分析與器件性能評價，對上期973開發(fā)的有潛力小分子和高分子發(fā)光材料進行篩選，通過分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化進一步提高性能。研究高分子、有機小分子的溶液性質(zhì)和可打印性以及基片修飾與圖形化方法，為噴墨打印制備器件提供依據(jù)。研究小分子蒸鍍薄膜的凝聚態(tài)控制方法，進一步完善弱外延生長技術；研究噴墨打印成膜過程控制因素，提高打印薄膜質(zhì)量。將AIE效應和交叉結(jié)構(gòu)等概念引入藍光發(fā)光材料設計中，結(jié)合理論方法，開發(fā)新型高效、穩(wěn)定的藍光小分子和高分子材料。篩選出2－3種小分子材料和1－2種高分子發(fā)光材料，用于高效、穩(wěn)定的器件制備和打印薄膜研究。實現(xiàn)紅光、綠光、傳輸材料的10克級制備與純化。紅綠藍熒光材料效率分別達到7cd/A、20cd/A和7cd/A。掌握打印所需的分子結(jié)構(gòu)參數(shù)和薄膜質(zhì)量控制因素。場效應遷移率>0.5cm2/Vs且穩(wěn)定的晶體管器件。申請發(fā)明專利4－6項，發(fā)表學術論文20篇以上。第二年研究小分子和高分子發(fā)光材料的規(guī)模制備方法與提純技術，確定具有應用潛力（性能好、可規(guī)模合成與純化）的材料品種。對新型小分子、高分子藍光材料進行器件篩選和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，確定具有高效率、高穩(wěn)定性的材料的結(jié)構(gòu)特征。開發(fā)具有高遷