与有机光电为伴记武汉大学化学与分子科学学院

2016年5月，德国达姆施塔特——全球领先的科技公司默克集团在“2016 SID显示周（SID Display Week 2016）”上展示一系列面向未来应用的材料。有机发光二极管（OLED）材料赫然在列，这些材料以“完美像素（The Perfect Pixel）”为口号，可提高显示器的分辨率、增强对比度、提高能效、增强色彩强度，并有助于降低制造成本。OLED已悄然成为现代智能手机和智能手表等可穿戴设备必不可少的一部分。正在开发中的透明和可弯曲OLED显示器展示了其未来潜力。谢国华在科研之路上把握住的，便是这炙手可热的有机光电材料和器件。

初识有机光电

谢国华，武汉大学化学与分子科学学院副教授，有机/高分子光电功能材料湖北省重点实验室副研究员。采访开始时谢国华刚从实验室走出来，谈起有机光电材料和器件研究，谢国华如谈起陪伴自己多年的老友，一路走来相识相知，有太多的故事和情怀。

OLED作为继LCD（液晶显示器）、LED之后新一代的平板显示技术，科技含量高、应用领域广、发展前景好、有着巨大经济和社会效益，成为世界各国竞相扶持、发展的新型显示器件，我国也将其相关的光电材料作为重点扶持新型节能材料。历经近三十年的快速发展，OLED已经逐步完成从单纯的基础研究到大力开发产品新阶段的转变。OLED具有低工作电压、高亮度、高效率、高对比度、厚度薄、重量轻、可视视角宽、工作温度范围宽、工艺简单、可制作在柔性衬底上等诸多优点，在新一代的显示和照明产品上有着广泛的应用前景。谢国华的科研之路便从有机光电开始，我国第一款QVGA格式有机发光微显示原型样机的研发工作便留下了他的足迹。

21世纪初，我国有机微显示器各项技术发展亟待提高，面对社会发展对新一代具有自主知识产权显示器件的迫切需求，如何加紧研究步伐克服现有技术难题受到各界专业人士重视。OLED的工作电压与常规CMOS电路的工作电压不匹配也一度成为影响科研顺利进展的难题之一。

常规高速CMOS电路最大只能提供小于5V的驱动电压，而一般的OLED一般在5V以上才会有明亮的发光，那么，即使CMOS电路达到最大输出电压时也难以使OLED发射足够的的光子达到阅读所需的一般亮度（比如100～200cd/ m2）。因此，OLED的工作电压与CMOS电路的工作电压不匹配成为有源显示技术与硅基高速电子电路集成的主要限制因素。当时，还在攻读微电子学与固体电子学硕士学位的谢国华对此问题充满兴趣，并加入国家重点基础研究发展计划“硅上有机发光微显示及其物理研究”的课题攻关。作为课题后期工作主要完成人之一，谢国华及其同事从改善有机电致发光器件的性能以满足实用化需求的角度出发，尝试用有机半导体电学掺杂技术克服OLED和CMOS电路工作电压不匹配的难题，成功研制了我国第一款有机发光微显示原型样机。

“在合作中学习，在交流中进步”，科研工作从来都不是闭门造车的事情，谢国华非常重视学科交流磨合后所迸发出来的火花。在研究低驱动电压和高发光效率的有机电致发光与中小尺寸有源显示衬底的集成技术中，谢国华还与韩国首尔大学 Joo课题组共同研制了基于p-沟道低温多晶硅衬底的底发射型有源显示OLED（2英寸对角线），该项研究成果几乎可以直接应用到我们每天接触到的手机显示屏上。

人需要在竞争中求生存，更要学会奋斗。博士毕业后，在德国著名有机光电研究领域顶尖大牛Karl Leo教授的支持下，谢国华成功争取到德国洪堡基金会的资助，同时在弗劳恩霍夫有机材料和器件中心和德雷斯顿工业大学应用光物理研究所开展OLED的稳定性研究工作。通过研究有机电致发光材料和器件的热学稳定性，谢国华成功开发出了可在100℃环境温度下工作的顶部发射型OLED。

在德国期间，谢国华的另一项标志性工作则是有机电学掺杂技术研究。在吉林大学本科学习的半导体物理专业课知识再次让谢国华受益，扎实的专业知识使谢国华了解到有机半导体和无机半导体的相通性，电学掺杂这项技术主要是通过在半导体中适当地引入合适的施主或者受主杂质，就可以分别实现半导体的N型和P型掺杂，从而使半导体的费米能级向传输态移动，提高电荷的传输能力，降低工作电压。基于有机-有机、有机-无机混合电学掺杂技术，谢国华首次实现了基于有机隧穿结的P-I-N-P型顶发射OLED，其在1000cd/m2亮度下的寿命达到超长的50万小时，也就是说这类器件理论上可以稳定地工作50年。

专注有机光电

文章来源：《分子科学学报》 网址: http://www.fzkxxbzz.cn/qikandaodu/2021/0707/1145.html