2011年度:有机发光显示材料、器件与工艺集成技术和应用
发布时间:2015-11-16 17:01

有机发光显示材料、器件与工艺集成技术和应用

2011年度国家技术发明奖一等奖

一、项目概况

本项目历经10余年的攻关,在国家自然基金委、科技部、发改委等部委支持下,在OLED关键材料、器件结构、工艺技术等方面完成了多项发明创新,通过产学研合作,实现了我国OLED产业的从无到有,并逐渐进入快速发展的轨道。

主要解决的关键技术难题和技术创新点如下:

1.针对从金属阴极向有机层注入电子难的问题,提出了采用可分解的活泼金属化合物作为电子注入材料的方案,发明了氮化锂、硼氢化钾等新型电子注入材料,突破了国外核心专利,使器件发光效率提高25%,寿命延长一倍。

2.针对电子传输材料迁移率低、稳定性差的难题,发明了既能传输电子又能传输空穴的新型双极性有机分子,突破了电子传输材料高迁移率与高稳定性不可兼顾的瓶颈,有效改善了电子与空穴的平衡,提高了器件的发光效率和寿命,使相同亮度下显示屏的工作电压降低30%,功耗降低50%。

3.发明了有机无机复合空穴传输层器件结构,器件工作温度上限由70℃提高到100℃;发明了单一颜色多发光层器件结构,拓宽了空穴与电子的复合区域,相关产品寿命为竞争对手的三倍以上;发明了抗电磁干扰、抗振动、防静电的高可靠的OLED显示模块结构,在国际上第一次将OLED技术应用于航天服上。

4.研发了高纯OLED材料的制备工艺技术,开发了像素图形制备、高均匀性材料成膜、屏体设计等制造技术并实现了集成,自主设计、建设了中国大陆第一条OLED大规模生产线并实现了量产。

本项目的相关成果得到了国家部委和相关专家的充分认可,并获得了以下奖项:

2009年,本项目被工业与信息化部评为“信息产业重大技术发明”(全国共七项),被中国电子学会授予“电子信息科学技术一等奖”。

2010年,本项目被教育部授予“高等学校科学研究优秀成果奖技术发明一等奖”,被国家知识产权局授予“中国专利金奖”。

本项目OLED产品在2009年5月被科技部评为首批“国家自主创新产品”,又于2010年7月入选科技部发布的“2010年度国家重点新产品计划”。

二、获奖后取得的主要进展

获奖后,清华大学和维信诺依然保持紧密的合作关系,进一步完善了从基础研发、中试到量产的无缝链接,建立了以企业为核心的创新体系,全力推动OLED项目的快速发展。

在基础研发方面,提出了热活化敏化发光的新型发光机制,利用热活化延迟荧光(TADF)材料作为主体掺杂传统的磷光或荧光材料,制备了低电压、高效率、长寿命、低效率滚降的OLED器件,为发展高性能的OLED技术提供了创新思路和方法。首次利用TADF蓝光材料的部分能量传递制备了高效率的白光OLED器件,为发展高效、稳定的白光OLED器件提供了新的方案。

在项目的基础之上,维信诺在PMOLED方面,针对新技术开发、产品开发及应用、产能提升等进一步拓展。目前,产品广泛应用于消费类电子、医疗器械、金融安全等领域。以PMOLED为基础,快速推进了AMOLED技术开发和产业化工作。2013年开始自主设计和建设全球最先进的5.5代AMOLED大规模生产线。该生产线已于2014年底建设完成。

在PMOLED和AMOLED硬屏的基础之上,清华大学和维信诺联合开发了OLED柔性显示技术,陆续开发成功多款OLED柔性显示器样品。今年7月初,维信诺可全屏卷曲柔性AMOLED显示屏样品点亮,该显示屏的屏体厚度仅20微米,弯曲半径小于3毫米,并在3毫米弯曲半径下实现全屏卷曲,达到了国际先进水平。

在进行OLED技术开发和产业化工作的同时,维信诺在上下游产业链和装备国产化方面做了大量工作。在维信诺PMOLED量产线过程中,其原材料国产化率由最初的30%已提高到85%。OLED产品实现量产后,国内OLED下游厂商从此有了在国际市场上对OLED 厂商的选择权,这也为下游厂商控制成本、升级产品、进一步发展大大拓展了空间。

获奖之后,清华大学和维信诺在OLED技术开发和产业化方面取得了突出的成绩,使我国的OLED技术一直保持国际先进水平,带动了国内相关产业链的发展,进一步提高了我国在国际OLED领域的地位和竞争力。

在成果转化方面,项目成果直接在维信诺量产线上转化,PMOLED出货量自2012年开始位居全球首位。目前出货量占全球出货量的30%以上,占国内出货量的50%以上,在国防、安全领域,占有率达90%以上。今年3月,5.5代AMOLED量产线首批产品出货,产品用于特殊高端仪器仪表; 5月,用于手机的5.5英寸AMOLED产品下线。计划于未来三年在AMOLED领域进军全球市场占有率前三位。目前维信诺还在进行柔性OLED量产工艺集成,预计在两年内将实现OLED柔性显示屏量产。

获奖后,项目主要完成人承担或参与的科研计划项目如下:

项目名称 项目期 项目/课题负责人 国拨经费 所属部委 所属专项
柔性AMOLED显示关键技术研究 2015年1月-2017年12月 张德强 365万 科技部 863课题
高效率、低成本有机高分子材料研究 2015年1月-2016年12月 段炼-课题负责人 297万(前两年) 科技部 973经费
OLED显示屏用铱磷光分子材料新产品开发 2015年6月-2018年6月 张德强 30万 昆明贵金属研究所 企事业单位委托项目
硅基有机发光显示 2014年1月-2017年12月 张德强 250万 科技部 东南大学
 

获奖后,清华大学有机光电子与分子工程教育部重点实验室购置了磁控溅射镀膜机、真空金属镀膜设备、液相色谱仪、真空提纯装置等,满足了进一步进行材料机理研究、新材料性能验证、高性能OLED器件技术的开发环境需求。维信诺进一步完善了研发中心的实验环境,改造了RIE干刻、CVD设备、光刻等设备,购置了薄膜封装设备,满足了AMOLED技术和柔性OLED技术的开发需求。

奖项申报时,2008-2010年本项目直接创造的销售额逾2.7亿元。获奖后,2012年至今,本项目直接创造的销售额7亿元。产品广泛应用与消费类电子产品、通信器材、仪器仪表、医疗器械、航空航天等十几个民用和军事领域,并为新一代国家安全/国防系统提供了关键显示器件。

主要完成人:邱勇(清华大学),段炼(清华大学),王立铎(清华大学),张德强(清华大学),高裕弟(昆山维信诺显示技术有限公司),李银奎(北京维信诺科技有限公司)


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