與有機光電為伴
——記武漢大學化學與分子科學學院副教授謝國華

本刊記者 劉婉茹

與有機光電為伴
——記武漢大學化學與分子科學學院副教授謝國華

本刊記者 劉婉茹

2016年5月，德國達姆施塔特——全球領先的科技公司默克集團在“2016 SID顯示周（SID Display Week 2016）”上展示一系列面向未來應用的材料。有機發光二極管（OLED）材料赫然在列，這些材料以“完美像素（The Perfect Pixel）”為口號，可提高顯示器的分辨率、增強對比度、提高能效、增強色彩強度，并有助于降低制造成本。OLED已悄然成為現代智能手機和智能手表等可穿戴設備必不可少的一部分。正在開發中的透明和可彎曲OLED顯示器展示了其未來潛力。謝國華在科研之路上把握住的，便是這炙手可熱的有機光電材料和器件。

初識有機光電

謝國華，武漢大學化學與分子科學學院副教授，有機/高分子光電功能材料湖北省重點實驗室副研究員。采訪開始時謝國華剛從實驗室走出來，談起有機光電材料和器件研究，謝國華如談起陪伴自己多年的老友，一路走來相識相知，有太多的故事和情懷。

OLED作為繼LCD（液晶顯示器）、LED之后新一代的平板顯示技術，科技含量高、應用領域廣、發展前景好、有著巨大經濟和社會效益，成為世界各國競相扶持、發展的新型顯示器件，我國也將其相關的光電材料作為重點扶持新型節能材料。歷經近三十年的快速發展，OLED已經逐步完成從單純的基礎研究到大力開發產品新階段的轉變。OLED具有低工作電壓、高亮度、高效率、高對比度、厚度薄、重量輕、可視視角寬、工作溫度范圍寬、工藝簡單、可制作在柔性襯底上等諸多優點，在新一代的顯示和照明產品上有著廣泛的應用前景。謝國華的科研之路便從有機光電開始，我國第一款QVGA格式有機發光微顯示原型樣機的研發工作便留下了他的足跡。

21世紀初，我國有機微顯示器各項技術發展亟待提高，面對社會發展對新一代具有自主知識產權顯示器件的迫切需求，如何加緊研究步伐克服現有技術難題受到各界專業人士重視。OLED的工作電壓與常規CMOS電路的工作電壓不匹配也一度成為影響科研順利進展的難題之一。

常規高速CMOS電路最大只能提供小于5V的驅動電壓，而一般的OLED一般在5V以上才會有明亮的發光，那么，即使CMOS電路達到最大輸出電壓時也難以使OLED發射足夠的的光子達到閱讀所需的一般亮度（比如100～200cd/ m2）。因此，OLED的工作電壓與CMOS電路的工作電壓不匹配成為有源顯示技術與硅基高速電子電路集成的主要限制因素。當時，還在攻讀微電子學與固體電子學碩士學位的謝國華對此問題充滿興趣，并加入國家重點基礎研究發展計劃“硅上有機發光微顯示及其物理研究”的課題攻關。作為課題后期工作主要完成人之一，謝國華及其同事從改善有機電致發光器件的性能以滿足實用化需求的角度出發，嘗試用有機半導體電學摻雜技術克服OLED和CMOS電路工作電壓不匹配的難題，成功研制了我國第一款有機發光微顯示原型樣機。

“在合作中學習，在交流中進步”，科研工作從來都不是閉門造車的事情，謝國華非常重視學科交流磨合后所迸發出來的火花。在研究低驅動電壓和高發光效率的有機電致發光與中小尺寸有源顯示襯底的集成技術中，謝國華還與韓國首爾大學Prof.Seung-Ki Joo課題組共同研制了基于p-溝道低溫多晶硅襯底的底發射型有源顯示OLED（2英寸對角線），該項研究成果幾乎可以直接應用到我們每天接觸到的手機顯示屏上。

人需要在競爭中求生存，更要學會奮斗。博士畢業后，在德國著名有機光電研究領域頂尖大牛Karl Leo教授的支持下，謝國華成功爭取到德國洪堡基金會的資助，同時在弗勞恩霍夫有機材料和器件中心和德雷斯頓工業大學應用光物理研究所開展OLED的穩定性研究工作。通過研究有機電致發光材料和器件的熱學穩定性，謝國華成功開發出了可在100℃環境溫度下工作的頂部發射型OLED。

在德國期間，謝國華的另一項標志性工作則是有機電學摻雜技術研究。在吉林大學本科學習的半導體物理專業課知識再次讓謝國華受益，扎實的專業知識使謝國華了解到有機半導體和無機半導體的相通性，電學摻雜這項技術主要是通過在半導體中適當地引入合適的施主或者受主雜質，就可以分別實現半導體的N型和P型摻雜，從而使半導體的費米能級向傳輸態移動，提高電荷的傳輸能力，降低工作電壓。基于有機-有機、有機-無機混合電學摻雜技術，謝國華首次實現了基于有機隧穿結的P-I-N-P型頂發射OLED，其在1000cd/m2亮度下的壽命達到超長的50萬小時，也就是說這類器件理論上可以穩定地工作50年。

專注有機光電

“國外科研氛圍很好，有很強的專注精神”。2013年，謝國華加入英國圣安德魯斯大學物理和天文系有機半導體中心，從事有機發光器件的光相干特性研究，嘗試尋找治療皮膚癌的新思路。

艾默生曾說過，凡事欲其成功，必要付出代價是奮斗。在異國他鄉，除高壓科研工作內容外，還要對抗艱苦環境、水土不服、言語溝通等一系列問題，“從無到有，測試平臺的每一個部件都是自己購買，自己搭建；單獨屬于自己的測試光相干特性實驗室空調不好，衣服幾乎每天都是濕漉漉的；而且為了更準確地探測光的相干特性，大部分時間都是在暗室中工作，時間長了眼睛很難受”，和很多科研工作者一樣，相比奮斗日子里艱難困苦，他更感謝逆境里自我的快速成長。

多學科協同展開合作為謝國華的科研課題提供了強大支持，通過對微電子、光電子、物理、材料、化學等多學科入手，謝國華在與英國工程與自然科學研究委員會的資助的大型多方合作研究中，成功搭建了世界上第一套探測有機發光器件空間相干長度的系統，并首次探測到有機電致發光器件和有機激光的空間相干長度。謝國華搭建的有機發光器件空間相干長度的系統在研究弱相干光源的相干特性方面發揮了重要作用，在光通訊與生物醫療應用方面將具有重要的科研價值和實用性。例如，相干性好的光可以提高光在生物組織中的穿透能力，可以將柔軟、可穿戴式的有機相干光源貼敷于皮膚癌變或者色素沉著的地方，使光達到深層組織，從而提高動態療法的治療效果。

在國外多年，謝國華還身兼多個學術雜志審稿人之職。這些職務或許增加了他的工作量，但能夠在第一時間接觸到學術界最新科技動向，掌握最新的科研成果，在他看來已經是值得了。

這種開闊的視野也影響了他回國后的科研和教學工作。到武漢大學任職后，他發現，相比往昔，我國有機光電發展已取得了長足進步，但與國外相比還有待提高。此時，加強學科交融、合作創新才是進步之根本。謝國華對此深信不疑，并身體力行走在合作的道路中，早期與南京郵電大學黃維教授課題組、黑龍江大學許輝教授課題組共同開發了非摻雜性深藍光OLED和基于膦氧主體的高效藍光和白光磷光OLED,這些工作一經報道，馬上受到關注，引用率很高。這對謝國華來說，也是一次突破，他希望能進一步拓展有機光電領域相關研究，也感激武漢大學為他提供了一個好的平臺能夠繼續施展自己的才華，與其他學科的同事開展交叉學科研究。

而作為一位師者，謝國華也將自己多年的心得融入到傳道授業過程中。他喜歡將學生們“關”到實驗室里，讓他們在一線上通過直觀操作迅速掌握實驗技能。“實踐是最好的老師”，謝國華說。但他也很重視能在“教”與“學”的過程中及時調整教學策略，不斷提高學生學習效率和教學質量。“理論武裝也是很重要的”，謝國華認為，科研立足于理論，服務于實踐，他會反復叮囑學生在實驗操作之余要有選擇性地看文獻書籍，通過學習和總結別人的經驗成果，使自己的思路更加開闊。

成功，是選擇后的堅持。謝國華這樣教導學生，也告誡自己。談及未來發展，他依然對機光電材料和器件“一往情深”，并表示，“希望在有機光電材料和器件領域更加深入地開展有特色的多科學交叉研究”。