项目申报书——CB有机#高分子平板显示材料的基础研究.doc

项目名称：有机/高分子平板显示材料的基础研究首席科学家：王利祥 中国科学院长春应用化学研究所起止年限：2009.1至2013.8依托部门：中国科学院一、研究内容（一）拟解决的关键科学问题1、 高发光效率、高迁移率有机显示材料的结构设计与合成方法有机/高分子显示材料的分子结构、能带结构、电子结构是决定有机/高分子显示材料发光颜色（红色、绿色、蓝色和白色）和发光效率（溶液态和薄膜态荧光量子效率）以及载流子迁移率（空穴迁移率和电子迁移率）的关键因素。有机半导体材料的结构规整性、立构规整性、结构形状（棒状、盘状和球状）和聚集结构是决定场效应迁移率和晶体管器件整流特性的关键因素。抑制结构缺陷、制备结构明确的有机显示材料和分子量与分子量分布可控的高分子显示材料以及无催化剂残渣的高纯材料，迫切需要突破传统Suzuki、Yamomoto、Stille、Ullmann等经典缩合聚合反应，发展有机/高分子显示材料合成方法。因此，研究有机显示材料的分子设计、结构设计和合成方法，对于发展高性能（高发光效率和高迁移率）有机显示材料具有重要的学术意义。2、有机显示材料激发态特性、载流子传输行为的物理机制与表征方法有机显示器件的工作原理描述基本沿用无机半导体显示器件的物理机制，即经过载流子的注入、传输、复合、衰减等物理过程，但有机/高分子的激发、传输实际上是分子行为，与无机半导体完全不同。单线态激子的形成过程、形成几率和单线态与三线态激子的转换过程与转换机制与有机/高分子的激发态特性、激子寿命等密切相关。载流子注入、传输与复合不仅依赖于有机/高分子的电子结构，而且更依赖于有机/高分子薄膜中的分子堆积方式、凝聚态结构。因此，深刻认识有机显示材料的激发态本质、载流子的输运行为等物理机制，建立表征稳态过程和瞬态过程的光物理方法，揭示这些物理过程与分子结构、电子结构、凝聚态结构之间的关联，无论对指导有机显示材料的分子设计，还是对有机光电薄膜的凝聚态调控、器件结构设计与性能优化以及认识有机显示器件的工作原理均起着至关重要的作用。3大面积、高有序有机薄膜的均匀制备与凝聚态调控大尺寸有机/高分子显示器件的组装需要解决大面积有机/高分子薄膜的均匀制备问题，而高质量、高有序有机/高分子薄膜的制备需要有机/高分子显示材料定向生长和有序聚集。有机/高分子薄膜微结构直接影响其光电性能、传输性能及器件性能，通过化学和物理诱导手段调控有机/高分子薄膜的微结构，发展形态可控、相态可调的大面积、高有序、无缺陷、具有优良形态和相态稳定性的有机/高分子光电薄膜，无疑是制备高性能有机显示器件的重要基础。有机/高分子单元显示器件和集成显示器件的组装均涉及各类同质界面和异质界面，例如：有机与有机界面、有机与无机界面、有机与金属界面及有机/无机/金属三者交汇等各种界面形式，直接影响载流子的注入、传输、复合与辐射等关键物理过程。因此，开展高质量、大面积、高有序有机/高分子薄膜的均匀制备，研究形态结构、相态结构、晶态结构、界面结构、界面组成和界面尺寸等凝聚态结构和表面界面特性对发展高性能显示器件无疑是必须解决的关键科学问题。4、单元显示器件与集成显示器件的组装工艺与综合性能优化彩色显示器件、白色显示器件和柔性显示器件的单元器件组装与制备需要设计不同的器件结构，例如多层器件结构、叠层器件结构、微腔器件结构、面发射器件结构等，集成显示器件的制备需要协同设计OTFT与OLED/PLED的器件结构。此外，无论是单元器件还是集成器件组装，均需要发展蒸镀工艺路线（基于蒸镀型三基色有机发光材料）和打印工艺路线（基于溶液加工型有机/高分子发光材料）。实现低成本加工需要发展全印刷、喷墨打印等组装技术，实现“单元器件”和“集成器件”性能优化需要发展新型掺杂技术、界面修饰技术，实现长寿命器件需要发展新型薄膜封装技术。总之，实施器件结构设计、发展器件组装方法、实现器件系统集成和性能优化，需要系统研究组装方法和组装工艺，为综合性能优化提供技术保障。（二）主要研究内容1、有机显示材料的分子设计、可控合成与高纯制备（1）在红绿蓝三基色有机/高分子发光材料方面：针对彩色显示屏的组装与制备涉及蒸镀工艺和打印工艺，分别发展蒸镀型三基色有机发光材料和打印型有机发光材料，特别是稳定的高效蓝光小分子和高分子发光材料。（2）在白光有机/高分子发光材料方面：针对红绿蓝三基色合成白光工艺路线，发展窄谱带发射的三基色有机/高分子发光材料，特别是磷光材料体系；面向简化器件组装工艺，发展具有三基色独立发光的单一有机小分子白光材料和单一高分子白光材料。（3）在高迁移率有机晶体管材料方面：面向大尺寸、高有序薄膜制备，发展具有自组织或自组装特性的平面型有机共轭分子，解决目前并五苯及其衍生物等经典材料体系稳定性较差的问题；针对在刚性基版和柔性基版上实施外延生长技术，发展外延生长匹配材料，特别是具有软有序特征的晶格参数匹配材料，为制备迁移率大于2-5 cm2/Vs 的晶体管器件提供材料保障。（4）在载流子传输与界面修饰材料方面：面向提高器件稳定性，发展形态稳定的有机空穴/电子传输材料和高分子空穴传输材料；面向提高电子或空穴的注入能力和改善界面相溶性，发展阳极界面修饰材料和阴极界面修饰材料及叠层器件组装的界面隔离材料与界面电极材料，特别是水溶性、醇溶性界面材料、具有低电压和高注入特性的有机/无机杂化界面材料。2、有机显示材料与薄膜的结构表征、物理行为与加工方法（1）分子结构、凝聚态结构和电子结构：围绕调控发光颜色，发展实现窄谱带发射（三基色）、宽谱带发射（白色）的实施途径，建立分子结构能带结构电子结构的关联；围绕提高发光效率，研究有机/高分子材料与薄膜的聚集状态、微结构对发光效率等光电性能的影响，建立凝聚态结构与光电性能的关系； 围绕实现高迁移率，协同调控分子结构、电子结构和凝聚态结构。（2）载流子传输与转换的物理行为与理论分析：研究激子形成过程和衰减过程、单线态与三线态激子的转化机制，为提高发光效率提供实验和理论依据及实施途径；研究荧光和磷光体系的电子结构、凝聚态结构对空穴与电子传输特性的影响规律，为实现空穴与电子传输平衡提供实施途径；针对晶体管器件组装，研究有机半导体异质结的形成过程与物理本质；研究分子内和分子间能量转移以及电荷限制的实现途径，全荧光体系、全磷光体系和荧光/磷光混合体系的能量转移与电荷限制规律，为基于能量转移和电荷限制原理应用到分子设计和结构设计提供基础依据。（3）有机显示薄膜高质量制备与微加工：研究蒸镀型有机薄膜的定向生长规律和形态、晶态控制因素，为制备大面积、高有序有机薄膜提供基础依据；研究旋涂型高分子薄膜的形成条件、成膜过程、聚集本质及调控形态结构和相态结构的化学与物理方法，为采用喷墨打印和印刷技术制备大面积、均匀化高分子薄膜提供实验依据；针对单元器件组装和集成器件组装，在刚性基板与柔性衬底上发展有机/高分子薄膜图案化和微加工技术，特别是喷墨打印、软刻蚀、热剥离、传递转移等。3、有机显示器件的性能评价、组装工艺与集成技术（1）显示材料的器件评价：面向蒸镀型器件（OLED/OTFT），通过单层器件和多层器件结构设计，分别评价红绿蓝三基色及白色有机发光材料的发光效率、色纯度、显色指数、高亮度下的效率稳定性和工作寿命等，载流子传输材料的电子或空穴迁移率及热稳定性、形态稳定性对器件性能的影响；界面修饰材料的接触特性、注入特性等对器件性能的影响；面向打印型器件（PLED），通过基本器件结构设计，评价溶液加工型有机小分子、共轭齐聚物、树枝状分子、三基色高分子发光材料的溶液行为、流变行为、成膜行为及分子量、分子量分布等关键物理参数对器件光电性能的影响，为溶液加工型有机/高分子材料的筛选和反过来指导分子设计与结构修饰提供器件评价依据。（2）原理型器件的组装工艺与性能优化：围绕彩色显示器件、白色显示器件和柔性显示器件的组装与优化，开展新型器件结构设计与制备、发展彩色化技术、柔性化技术、印刷技术以及器件稳定性研究。全荧光型、全磷光型和荧光/磷光复合型OLED的结构设计及其制备技术：主要进行有机层之间的能级匹配调控、发光区构型的研究，达到优化器件性能的目的；叠层器件结构OLED的设计与优化：主要进行电荷产生层的材料选择、结构设计及其能级调控，并进行材料匹配和厚度的优化，制备高效率叠层结构有机显示器件；面向提高输出光效率，开展输出耦合层的设计与制备，重点在于通过材料选择和结构设计制备出能量匹配、效果显著的输出耦合层；大面积OLED组装，集中在于高质量薄膜的均匀化制备、器件结构设计和制备工艺改进；柔性OLED组装，集中在解决高性能阳极和高透明阴极的制备和塑料基版的水氧阻隔性能优化及针对柔性基版的封装技术；开展OLED/PLED/OTFT器件的稳定性和退化机制研究，为建立器件结构、封装技术和工作寿命的关系提供实验依据。（3）全有机有源驱动集成器件与集成技术：基于有机平板显示器件（OLED/PLED）的发展趋势：单色到彩色、无源到有源，开展有机薄膜晶体管驱动有机显示器件（OTFT-AMOLED）的集成器件和集成技术研究。发展涉及活性组分、配套组分、金属电极、绝缘修饰层的图案化技术，为实现单元器件的系统集成提供技术基础；发展OTFT驱动电路设计与制备技术，开发电流参数大于100 mA的有机薄膜晶体管，为满足有机发光显示器件驱动提供依据；开发驱动电流小于2.0 mA/cm2的有机显示器件， 为与有机薄膜晶体管的集成提供电路匹配基础。二、预期目标总体目标：在前期973项目五年工作基础上，总体研究定位在实现基础探索为主向目标导向为主的转变，材料方面研究从材料化学研究为主向材料应用导向为主的转变，器件方面研究从面向材料性能评价向器件应用技术开发为主的转变。面向实现有机平板显示材料与器件单项性能指标和综合性能指标提升，以解决材料制备、薄膜加工和器件组装涉及的关键科学和技术问题为核心，围绕三类有机平板显示器件（彩色显示屏、白色显示屏和柔性显示屏）为应用目标，特别是以国际上刚刚起步的具有原创性机遇的全有机有源驱动集成显示器件（OTFTAMOLED）作为重点突破口和源头创新，加强高分子显示器件的研究工作，以“材料化学薄膜物理器件工程” 研究链条为主线，发展四类有机显示材料（红绿蓝三基色发光材料、白色发光材料、高迁移率有机晶体管材料和载流子传输与界面修饰材料），特别是以蓝光材料的效率和寿命研究作为工作重点；开发五类有机显示材料与器件的核心技术（高纯制备技术、低成本加工技术、彩色化技术、柔性化技术、驱动与显示集成技术）。在基础研究方面，通过材料体系、加工方法、器件原理等方面的重点突破，做出具有国际影响力的重大创新贡献，显著提升我国在该领域的国际地位；在应用研究方面，通过解决实用价值材料商业化应用的制约瓶颈（高性能化和规模化高纯制备）、原理性单元显示器件和集成显示器件的源头创新，发展出具有国际核心竞争力的关键技术，能够为国内产业公司实现有机平板显示器件（OLED/PLED/OTFT）规模产业化提供材料配套保障和自主创新技术。五年预期目标：1、获得四类具有实用价值和应用前景的有机显示材料（1） 针对蓝光寿命较短、红光饱和度不够的问题，发展稳定的荧光型红绿蓝三基色材料（预期效率指标分别为10 cd/A、30 cd/A 和10 cd/A）和磷光型红绿蓝三基色材料（20 cd/A、60 cd/A 和20 cd/A）。（2） 面向“白光+滤光片”实现彩色显示的实施途径，发展窄谱带三基色荧光/磷光材料和宽谱带三基色独立发光的单一有机/高分子白光材料（荧光型和磷光型预期效率指标分别为20 cd/A和40 cd/A）。（3）面向有机薄膜晶体管器件达到非晶硅水平的性能目标需求，发展迁移率大于1 cm2/Vs的新型有机半导体材料和外延生长匹配材料。（4） 面向提高器件寿命和改善注入/传输能力，发展热稳定和形态稳定的载流子传输材料、水（醇）溶性界面材料和驱动电压3 V的界面材料。2、发展五类有机显示材料与器件的核心技术（1）高纯制备技术：面向有机显示器件量产需求，围绕具有升华特性的蒸镀型三基色有机发光材料、载流子传输材料的精制和纯化，突破电子级有机显示材料的高纯制备技术，力争达到公斤级批量纯化能力。针对催化剂残渣、分子量、分子量分布对发光性能的影响，发展高分子发光材料的纯化技术和分子量分布调控方法，制备出电子级、分子量分布较窄的高纯高分子发光材料，为发展高分子显示器件提供技术储备。（2）低成本加工技术：面向发展低成本加工工艺，围绕有机/高分子显示器件和有机薄膜晶体管器件的工艺过程，分别在刚性基板和柔性衬底上发展活性组分、配套组分和金属电极的单色、全彩色、大面积喷墨打印、印刷技术方法，为实施低成本加工提供技术途径。（3）彩色化技术：全面掌握实现显示器件彩色化的两种技术途径三基色RGB像素和“白光+滤光片”，并制备出达到演示和展示效果的原理型彩色化器件。同时，发展有机显示薄膜、高分子显示薄膜、金属电极的图案化技术，为发展集成器件提供技术依据。（4）柔性化技术：在柔性基版和衬底上（塑料、不锈钢等）组装显示器件，掌握基版处理、透明电极制备、阻隔界面修饰、薄膜封装等关键技术。（5）驱动与显示集成技术：开发迁移率25 cm2/Vs的大电流输出（100 mA）有机薄膜晶体管和低电流驱动（2.0 mA/cm2）的有机显示屏（OLED），通过器件结构的设计和制备工艺的改善，解决集成过程中的工艺相容性和匹配问题，力争制备出24英寸原理型全有机有源驱动集成显示器件。3、研制出三类有机平板显示器件（1）彩色显示器件：应用自主产权的材料制备荧光型和磷光型器件，在彩色化技术、薄膜封装技术等方面取得重大进展，力争在单项性能指标处于国际领先地位，综合性能指标取得突破进展。完成2英寸，分辨率96xRGBx64彩色显示屏，寿命达到10000小时。（2）白色显示器件：采用自主产权材料制备白色显示器件，力争效率达到20 cd/A， 寿命超过10000小时，并提供4英寸白色OLED样机。（3）柔性显示器件： 通过自主产权材料如发光材料和界面材料，完成96 x 64点阵柔性彩色显示屏制备，力争工作寿命达到1000小时/100 cd/m2。本项目研究成果预期在国际著名期刊上发表影响因子大于3的论文100篇以上，其中争取发表1020篇影响因子大于6以上具有突出创新性或原创性的研究论文；获得发明专利2030项；获得国家及省部级奖励12项；获得综合指标优异，具有应用价值并拥有自主知识产权的有机显示材料和相关材料，形成34种有机显示屏量产配套材料批量制备。三、研究方案本项目的出发点是面向显示器件的彩色化、集成化和柔性化发展具有自主产权的高性能有机/高分子显示材料，落脚点在于建立“材料化学薄膜物理器件工程”的内在关联，实现有机显示材料及薄膜研究发现的新现象和新特性向有机显示器件研究的新原理和新应用的转变。因此，总体研究思路定位在面向显示器件制备、面向显示器件组装工艺、面向显示器件集成技术，围绕两条主线发光材料与晶体管材料，优先开展有机/高分子显示材料的高性能化研究，即发展面向平板显示的三基色有机/高分子发光材料和应用白光技术的有机/高分子显示材料及面向有源驱动的晶体管器件材料，同时，探索有机/高分子发光材料新体系、新概念和新理论（如图所示）。首先，通过重点研究前期973项目筛选出的具有实用价值和前景并具有自主产权的材料体系的高性能化、规模制备与批量纯化，优选出代表性的材料体系进行薄膜制备与性能研究。然后，重点突破加工技术、组装工艺等过程涉及的关键科学与技术问题，实施单元器件组装和结构设计。最后，集中开展有源驱动集成技术。总之，本项目将紧紧围绕总体研究目标，通过系统研究有机显示材料的分子设计、可控合成与高纯制备，有机显示材料与薄膜的结构表征、物理行为与加工方法，重点突破有机显示器件的性能评价、组装工艺与集成技术，实现三类原理型显示器件的结构设计与组装评价（彩色显示器件、白色显示器件和柔性显示器件）、获得四类具有应用前景的有机显示材料（三基色有机/高分子发光材料；白色有机/高分子发光材料；高迁移率有机晶体管材料；载流子传输与界面修饰材料），开发五类有机显示材料与器件的核心技术（高纯制备技术、低成本加工技术、彩色化技术、柔性化技术、驱动与显示集成技术）。本项目的创新点与特色主要体现在：（1） “目标导向”和“前瞻探索”相结合。以有机显示材料的器件应用评价和发展三类显示器件（彩色显示器件、白色显示器件和柔性显示器件）的关键技术作为定向目标，按照“材料化学薄膜物理器件工程”垂直研究链条开展目标导向性基础研究，并具体体现在“材料方面高性能化和实用化、薄膜方面大面积化和高有序化、器件方面彩色化和集成化”。期望实现总体定位从基础探索为主向目标导向为主的转变，材料方面研究从材料化学研究为主向材料应用导向为主的转变，器件方面研究从面向材料性能评价向器件应用技术开发为主的转变。（2）材料研究面向高性能化和实用化。鉴于有机显示材料的应用评价是实用化的关键环节和制约瓶颈，无论是单元器件组装还是集成器件组装均需要发展单项性能指标优异、综合性能突出的高性能材料。因此，选择前期973项目实施筛选出的具有应用潜力和应用前景的材料体系进行系统化研究，例如：二维和三维树枝状蓝光材料体系、含主体材料的磷光材料体系（绿光和红光）、单一高分子白光体系、形态稳定注入和传输材料等等。（3）器件研究面向彩色化和集成化。鉴于有机显示器件的发展趋势为单色到彩色、无源到有源、小尺寸到大尺寸、单元器件到集成器件，但其中全有机有源驱动显示器件不仅是彩色化的实施途径，而且是集成化的必然选择。因此，选择国际上刚刚起步但尚未成熟且具有重大创新机遇的集成器件（全有机有源驱动集成显示器件OTFTAMOLED）作为突破点和源头创新，带动显示器件研究的彩色化进程和材料研究的高性能化与实用化进程。（4）理论研究面向材料设计与器件组装。鉴于发光效率和迁移率为评价有机/高分子发光材料和有机晶体管材料的关键指标，界面修饰对改善器件综合性能，特别是工作寿命的重要性。因此，急需开展激发态动力学过程理论描述和发光效率理论预测及复杂体系电子转移理论研究，实现高发光效率和高迁移率的理论设计；迫切需要建立界面修饰层与功函数的理论模型，指导界面材料筛选和器件工艺设计及性能优化。根据总体目标和总体研究方案，设置如下5个课题：课题1. 面向平板显示的三基色有机发光材料课题2. 应用白光技术的有机显示材料课题3. 面向有源驱动的高迁移率材料与集成技术课题4. 有机显示器件的组装制备与性能优化课题5. 新型有机发光材料体系与理论探索其中前4个课题定位在目标导向性基础研究，重点发展面向3类演示显示器件（彩色显示屏、白色显示和柔性显示屏）和1类集成技术（全有机有源驱动/显示集成器件）涉及的的关键材料和核心技术；第5个课题定位在前瞻探索性基础研究，重点发展面向下一代原理型器件的新理论、新体系和新技术。课题1. 面向平板显示的三基色有机发光材料目标：在前期973支持下研发的自主材料体系基础上，充分考虑大面积发光薄膜与高性能器件制备对材料结构参数和纯度以及配套材料的要求，通过分子结构优化实现自主材料体系的高性能化，重点解决目前蓝光小分子发光材料器件寿命偏短、红光小分子发光材料色饱和度不足、高分子发光材料效率与寿命偏低等问题。在此基础上，强调合成方法与提纯方法的研究，实现35种典型高性能材料的规模化制备与提纯，在质量和数量两个方面为显示屏的制备提供材料保障。研究内容：针对上述目标，将从升华型小分子发光材料、溶液加工型发光小分子/齐聚物、树枝化分子发光材料、高分子发光材料、载流子传输材料几个方面开展研究：1）升华型小分子发光材料通过分子结构、功能基团的优化控制分子轨道（主要是HOMO和LUMO轨道）能级，提高红光、蓝光小分子荧光和磷光发光材料的色纯度。通过传输基团、刚性基团和枝化取代基的引入提高形态稳定性和载流子传输能力，筛选在高电流密度下载流子注入与传输平衡的材料体系，达到提高器件发光效率和寿命的目的。同时研究可控合成与精制纯化技术，具备批量提供高纯材料的能力。2）溶液加工型小分子/齐聚物发光材料利用可溶性小分子/齐聚物结构易控制、可实现高纯制备和可溶液加工的优点，重点开发具有二维和三维结构特征的溶液加工型荧光和磷光小分子与齐聚物。通过分子结构优化提高发光效率与形态稳定性，研究分子量成膜性形态稳定性的关系，发展合成方法与合成策略，开发易合成与提纯且发光效率高、形态稳定性好的溶液加工型小分子/齐聚物发光材料。3）树枝状分子发光材料利用磷光发光配合物具有高效电致发光性能的优势和树枝状分子结构确定、可通过核壳结构调节赋予新功能和具有分子天线功能等优点，采用具有空穴或电子传输功能的芳香基团合成不同代数dendron配体，构造以Ir或Pt配合物为核的树枝化磷光发光材料。重点研究代数、dendron密度对发光性能的影响，优化出具有高效固体发光性质的树枝化发光材料，器件效率和小分子掺杂磷光器件相当。4）高分子发光材料以提高发光效率和实现大面积发光薄膜的打印或印刷为目标，协同考虑溶液性质、流变行为和成膜性，开发新型结构单元，通过不同单体共聚调节载流子传输能力，通过引入磷光配合物等高效发光基团，控制能量转移过程与程度提高发光效率。优化聚合反应和提纯方法，提高发光效率与器件稳定性。调节分子量与大分子链构象，研究分子结构、分子量与溶液性质、可打印性的关系。研究适合于规模合成的单体合成方法与聚合、提纯工艺，具备提供结构参数、性质稳定的高性能发光聚合物的能力。5）载流子传输材料具有优异形态稳定性和载流子注入传输性能的载流子传输材料是制备高性能有机/高分子发光器件的核心配套材料。通过星形结构引入提高形态稳定性，发展替代经典NPB或PBD的热稳定（Tg150 oC）有机空穴/电子传输材料。引入光、热交联基团设计与合成可替代水溶性导电聚噻吩PEDOT的适合于多层器件制备的空穴传输材料。设计与合成不含氢的有机/高分子传输材料体系，提高传输材料的载流子传输能力和稳定性。承担单位：中国科学院长春应用化学研究所课题负责人：王利祥 研究员经费比例：占总研究经费29.2。课题2. 应用白光技术的有机显示材料目标：鉴于白光加彩色滤光片技术是实现彩色显示的重要途径之一，但对器件效率要求很高，发展可用于制备发光效率20 cd/A的有机/高分子白光发光材料体系。研究内容：针对上述目标，通过引入高效磷光发光配合物，围绕升华型小分子白光材料、磷光主体材料和白光高分子材料开展材料的高性能化研究：1）小分子白光发光材料通过配体调节设计与合成升华型窄谱带发射的高效红、绿、蓝磷光发光材料。通过在配体中引入载流子传输基团提高电荷传输能力。利用树枝的空间位阻来阻断核与外围发光体之间的能量传递，提高掺杂薄膜的发光效率。研究红、绿、蓝材料间的匹配原理，筛选出用于全磷光型和磷光/荧光混合型白光器件的材料体系，用于制备功率效率20 lm /W，寿命10000 小时的高性能白光器件。2）磷光主体材料针对经典磷光主体材料形态稳定性不好、三线态能级与高效蓝光磷光发光材料能级不匹配的问题，以咔唑、苯为核心构建单元，引入饱和碳、S等原子，调节分子的三线态能级；通过增加分子量、引入大位阻刚性基团或结构，提高材料的玻璃化转变温度（150 oC），制备三线态能级3.0 eV的形态稳定的磷光主体材料，以进一步提高白光发光器件的效率与稳定性。3）单一高分子荧光白光材料采用“通过部分能量转移和电荷限制实现单一高分子发射白光”的分子设计思想，优化聚合物主体单元结构以及红、绿、蓝客体发光基团结构与含量，调节红、绿、蓝发光光谱位置与发光强度比例，设计与合成高效、高稳定性单一高分子荧光白光材料；发展界面修饰材料与界面修饰技术，提高器件电子注入能力，实现器件发光效率15 cd/A。4）单一高分子磷光白光材料将高效磷光配合物引入共轭聚合物主链或侧链，设计与合成红、绿、蓝三个发光组份为全磷光或荧光/磷光混合型的单一高分子磷光白光材料。通过优化高分子链结构，调控三线态能级，抑制磷光配合物向共轭聚合物的能量转移，提高发光效率，实现器件发光效率20 cd/A的全磷光型单一高分子和树枝状分子结构白光材料体系。承担单位：华南理工大学课题负责人：杨 伟 教授经费比例：占总研究经费12.5。课题3面向有源驱动的高迁移率材料与集成技术目标：鉴于OTFT AM-OLED/PLED是未来最理想的一种技术组合，通过迁移率1.0 cm2/Vs材料的设计与合成、大面积高有序薄膜生长方法的开发，发展可用于有机发光显示屏驱动的OTFT有源矩阵驱动技术。研究内容：针对上述目标，开展高迁移率材料的设计与合成、大面积高有序薄膜生长与高功能OTFT制备、OTFT有源矩阵寻址与驱动基板的制备及其与OLED/PLED集成技术研究：1）高迁移率材料的设计与合成：在新型高迁移率材料方面，开展迁移率1.0 cm2/Vs且具有优异环境稳定性的刚性平面棒状共轭分子的设计与合成；在金属酞菁外延生长高迁移率基体材料方面，围绕晶胞参数、薄膜制备温度等参数的调节进行分子设计，研究分子结构、长径比、空间构型与本体和薄膜晶胞参数的关系，筛选出晶格参数与金属酞菁完全匹配的系列高迁移率材料，研究规模制备与纯化技术。2）大面积高有序薄膜生长与高功能OTFT制备：系统研究酞菁类薄膜的生长动力学与晶体习惯取向、生长热力学与晶型控制、晶界与多晶的融合以及在不同棒状共轭分子基地上的外延生长规律，揭示金属酞菁盘状分子和棒状共轭分子晶体的晶格参数匹配原则，优化高功能和分布均匀的薄膜制备条件，寻找到制备条件宽泛的稳定工作窗口，发展在刚性或柔性基板上制备大面积高有序薄膜的方法，发展迁移率介于2.0-5.0 cm2/Vs的OTFT高功能器件。3）OTFT基板制备及其与OLED/PLED的集成技术：在有限的象素单元面积内保证40以上开口率的前提下，提供OLED/PLED象素工作所需要的足够电流是OTFT与OLED/PLED集成的必要条件，这需要发展迁移率大于2.0 cm2/Vs的OTFT。采用两个p沟道OTFT和一个象素电容构成的电流源电路是目前获得高开口率和保障OLED/PLED均匀发光的理想电路方案，因此p-型OTFT单管的均匀性和高功能性的同时实现是优化集成设计的技术基础。另一方面，所要集成的OLED/PLED器件的电压和电流等工作参数要与OTFT电路匹配。有鉴于此，需要系统研究p沟道OTFT的稳定性和一致性，在此基础上根据OLED/PLED工作参数和工艺流程对OTFT电路参数和布局完成初级设计和实际集成器件的性能评估，进一步优化设计发展集成技术。承担单位：中国科学院长春应用化学研究所课题负责人：耿延候 研究员经费比例：占总研究经费20.8。课题4. 有机显示器件的组装制备与性能优化目标：为了充分发挥有机/聚合物发光材料的发光性能和加工优势，建立有机薄膜凝聚态结构与材料和器件性能之间的关联性，开发可充分体现有机/聚合物发光材料优势的加工技术，实现彩色显示屏、白色显示屏和柔性显示屏的制备。研究内容：本课题将针对材料薄膜和器件以及显示屏制备过程所涉及的关键科学与技术问题，以“关键材料-器件结构-器件物理-制备工艺-发光显示屏”为研究主线，开展1）OLED/PLED的材料表征与性能优化；2）有机薄膜的凝聚态调控与器件物理；3）大面积发光薄膜制备技术与配套技术；4）彩色化技术与彩色显示屏；5）柔性发光显示屏与配套技术五方面的研究。1）OLED/PLED的材料表征与性能优化以揭示材料发光性质和为发光显示屏制备筛选高性能发光材料与配套材料为目标，通过重点研究金属与有机之间的接触问题，探讨与之匹配的界面材料、高导电电荷传输材料及其构筑方法，解决界面稳定性及提高电子、空穴注入效率，降低器件工作电压，提高器件发光亮度和效率，为充分实现高效率、高稳定性的OLED提供实用化界面材料和界面构筑技术。结合荧光和磷光发光材料的特点进行全荧光型、荧光/磷光复合型和全磷光型OLED的结构设计及其制备技术研究，探讨高性能OLED的发光区构型，开发新的电荷产生层及其构筑方法，进行高效率叠层OLED的设计与优化，为实现高性能OLED提供先进的器件结构。进行OLED的退化机制和稳定性研究，开发实用化的封装材料与封装工艺，解决OLED由于空气中的水、氧而造成的退化问题，提高OLED的稳定性，进一步探讨新的薄膜封装技术。2）有机薄膜的凝聚态调控与器件物理研究OLED器件制备过程中大面积有机薄膜的均匀性生长控制技术、薄膜形态以及两种或两种以上有机分子共掺杂时均匀薄膜的生长机制、形态调控、复合膜发光特性及组分调节，建立有机薄膜凝聚态与材料和器件性能之间的关联性以及大面积均匀有机薄膜的可控制备方法及其与工艺过程和薄膜厚度的关系，解决大面积有机薄膜的大电流注入问题，为大面积OLED的组装奠定基础。研究载流子在OLED中的注入、传输、复合、激子衰减动力学等过程，建立载流子在有机半导体中的电输运模型及其与材料和薄膜凝聚态结构的关系，揭示有机发光器件中的物理本质和物理行为，为优化制备高性能OLED提供理论基础。研究叠层器件中电荷产生层的电荷产生机制及其输运过程，建立电荷产生效率与能级结构和材料特性的关系，为全面提高OLED的综合性能提供理论设计基础。3）大面积发光薄膜制备技术与配套技术以实现低成本大面积发光聚合物薄膜制备和图案化为目标，围绕高分子发光材料打印、印刷加工过程中的关键科学与技术问题，重点研究发光高分子溶液的流变行为和可打印性，建立分子结构（分子构型、构象、分子量）与高分子发光材料打印、印刷行为的关系。结合界面修饰方法，调节基板界面性质，研究成膜过程、薄膜凝聚态结构与发光高分子性质、加工工艺、基板性质的关系，发展大面积图案化高分子发光薄膜的低成本制备配套技术。4）彩色化技术与彩色显示屏研究ITO基板隔离柱与导电胶的接触界面特性，以及研究发光层与电子注入层、电子注入层与导电胶的界面特性。开展印刷型彩色高分子显示屏的开发，通过显示屏基板的设计，发光层薄膜制备工艺的优化，丝网印刷技术的应用，显示屏外围电路以及驱动集成，开发可印刷阴极材料和相应印刷技术，探索实现彩色发光显示屏的材料系统和技术途径。5）柔性发光显示屏与配套技术针对柔性发光显示屏对基板、电极材料、封装材料与封装技术的要求，以不锈钢或塑料为柔性基板，重点解决基板平坦化，开发高性能阳极和透明阴极制备等关键技术。以实现柔性显示屏寿命的实质性提高为目标，发展有机/无机叠层封装新方法，提高柔性器件对水氧的阻隔性能。结合器件结构与材料优化，掌握器件制备、封装方面的核心技术，开发工作寿命超过1000小时的柔性显示屏及相关配套技术。承担单位：华南理工大学课题负责人：彭俊彪 教授经费比例：占总研究经费17.5。课题5. 新型有机发光材料体系与理论探索目标：阐明影响有机/高分子发光材料发光效率与载流子传输能力的因素，从理论与实验两方面探索提高材料性能的途径，开发新型发光材料体系。研究内容：本课题将围绕新型固态高效发光材料开发，新型薄膜图案化材料与技术，高效发光材料与高迁移率有机半导体材料理论预测等方向开展新型有机发光材料体系与理论探索研究。1）有机发光材料的新体系以开发固态高效发光材料为目标，针对激子偶极相互作用是造成荧光淬灭的主要原因，重点开发具有交叉结构的二维和三维发光分子，研究分子结构与分子聚集方式的关系，优化出具有固态发光效率50的的新型蓝光发光材料。利用聚集诱导发光（AIE）体系固态下具有高效发光特征的特点，深入研究进一步提高发光效率、降低非辐射跃迁几率的分子结构设计方法，发展固态发光效率50的高效有机发光材料设计新概念和新体系。2）有机发光薄膜图案化的新技术发展低成本的薄膜制备新技术是提升OLED/PLED市场竞争力的关键之一。有鉴于此，利用电化学聚合易实现图案化的优点，开发适合于电化学聚合的红、绿、蓝发光材料，研究电化学聚合工艺与条件，重点解决电化学聚合薄膜中杂质与缺陷的控制和除去方法，发展高效电化学聚合发光材料体系与新型图案化技术，器件效率达到溶液旋涂型器件水平。3）有机发光材料的新理论围绕激发态过程动力学研究与高效发光材料理论设计以及复杂体系电子转移理论与高迁移率有机电子材料理论设计两个方面，一方面发展更普适的激发态衰变量子理论方法，准确描述发光过程，为可靠预测有机分子发光效率和高性能发光材料理论设计提供工具。另一方面发展适用于具有较强电子耦合的复杂体系的电子转移理论和电荷扩散过程数值模拟方法，并充分考虑核运动的隧穿量子效应，预测有机材料电荷迁移率。通过上述理论探索和模型建立，为有机/高分子显示材料的高性能化和新体系开发提供理论依据与理论指导。承担单位：吉林大学课题负责人：马於光 教授经费比例：占总研究经费20.0。四、年度计划研究内容预期目标第一年1. 通过综合分析与器件性能评价，对上期973开发的有潜力小分子和高分子发光材料进行筛选，通过分子结构优化进一步提高性能。2. 研究高分子、有机小分子的溶液性质和可打印性以及基片修饰与图形化方法，为喷墨打印制备器件提供依据。3. 研究小分子蒸镀薄膜的凝聚态控制方法，进一步完善弱外延生长技术；研究喷墨打印成膜过程控制因素，提高打印薄膜质量。4. 将AIE效应和交叉结构等概念引入蓝光发光材料设计中，结合理论方法，开发新型高效、稳定的蓝光小分子和高分子材料。1. 筛选出23种小分子材料和12种高分子发光材料，用于高效、稳定的器件制备和打印薄膜研究。2. 实现红光、绿光、传输材料的10克级制备与纯化。3. 红绿蓝荧光材料效率分别达到7 cd/A、20 cd/A 和7 cd/A。4. 掌握打印所需的分子结构参数和薄膜质量控制因素。5. 场效应迁移率0.5 cm2/Vs且稳定的晶体管器件。6. 申请发明专利46项，发表学术论文20篇以上。第二年1. 研究小分子和高分子发光材料的规模制备方法与提纯技术，确定具有应用潜力（性能好、可规模合成与纯化）的材料品种。2. 对新型小分子、高分子蓝光材料进行器件筛选和结构优化，确定具有高效率、高稳定性的材料的结构特征。3. 开发具有高迁移率特征的弱外延生长材料对，并研究大面积薄膜生长的控制方法。4. 采用自主材料，通过喷墨打印制备红、绿、蓝发光器件；优化器件结构与界面材料，提高小分子与高分子白光器件的效率；面向软屏制备，发展基板技术和新型封装材料。1. 掌握23种典型发光材料的规模制备与纯化技术，具备50克级发光小分子和10克级发光高分子制备与纯化能力。2. 自主蓝光荧光材料器件寿命3000小时；磷光材料分别达到15 cd/A、46 cd/A 和12 cd/A。荧光和磷光白光材料效率分别达到12 cd/A和30 cd/A。3. 掌握制备大面积、高有序均匀薄膜的弱外延生长技术，场效应迁移率1.0 cm2/Vs。4. 2英寸彩色显示屏寿命达到2000小时；彩色柔性显示屏寿命达到500小时；2英寸白色显示屏寿命达到2000小时。5. 申请发明专利46项，发表学术论文20篇以上。第三年1. 对新开发的发光材料，特别是蓝光材料进行综合分析与器件性能评价，并对分子结构进行进一步优化。2. 发展和完善大面积打印技术，筛选实现三基色彩色显示屏材料体系组合，研究实现彩色显示的像素