32.4%外量子效率+21万cd/m²亮度！研究人员开发的红荧光OLED技术创纪录

CINNO Research 产业资讯，近日，南方科技大学研究团队在《Advanced Optical Materials》期刊上发表了一项新的研究成果。该研究创新性地解决了超荧光有机发光二极管（HF-OLED）长期面临的亮度提升与效率稳定性难以兼顾的行业痛点，并基于此成功制备出兼具超高亮度、超低效率滚降与优异色纯度的新一代显示器件。测试结果显示，这一突破性成果不仅刷新了此前超荧光 OLED 技术的性能纪录，更将为高端显示、柔性电子、车载显示等多领域带来新的技术方向。

显示技术迭代呼唤核心突破

自有机发光二极管（OLED）技术诞生以来，凭借自发光、高对比度、广视角、柔性化等天然优势，已逐步取代传统液晶显示（LCD）成为高端显示市场的主流选择。从智能手机、平板电脑到电视、车载显示屏，OLED 技术的应用场景持续拓展，市场规模稳步增长。

不过，在 OLED 技术快速发展的背后，一系列核心技术瓶颈始终制约着其向更高端应用场景的渗透。传统 OLED 技术主要经历了三个发展阶段：第一世代荧光 OLED 技术虽然成本较低、工艺成熟，但内部量子效率（IQE）仅能达到 25%，能量浪费严重；第二世代磷光 OLED 技术通过引入贵金属络合物材料，将内部量子效率提升至 100%，但贵金属的稀缺性导致成本居高不下，且存在光谱较宽、色纯度不足等问题；第三世代热激活延迟荧光（TADF）OLED 技术无需贵金属，实现了 100% 的理论内部量子效率，但在高亮度下存在明显的效率滚降现象，且器件稳定性有待提升。

超荧光（Hyperfluorescence）技术作为第四世代 OLED 发光技术，通过将 TADF 敏化剂与荧光末端发射体相结合，创造性地实现了 100% 内部量子效率与窄带发射的双重优势，被业界视为最具潜力的下一代显示技术解决方案。Kyulux 公司的研究表明，超荧光 OLED 的发光效率是传统荧光 OLED 的 4 倍，峰值亮度比磷光 OLED 高出 60% 以上，且无需依赖贵金属材料，具备低成本、高色纯、长寿命的多重潜力。

此前的超荧光 OLED 技术仍面临两大核心挑战：一是高亮度与低效率滚降难以兼顾，多数器件在亮度超过 1000 cd/m² 后效率急剧下降，无法满足高端显示对高亮度、高稳定性的需求；二是蓝色超荧光器件的性能短板尤为突出，由于蓝光材料的能级结构特殊，其效率与稳定性始终落后于红绿两色器件，成为制约超荧光 OLED 实现全彩显示产业化的关键瓶颈。

图1. A）此前报道的红色多重共振热激活延迟荧光（MR-TADF）分子设计策略 —— 通过修饰硼 - 氮（B-N）基多重共振骨架中的含氮片段实现；B）新型红色 MR-TADF 分子设计策略 —— 通过修饰硼 - 氮（B-N）基多重共振骨架中的含氧片段实现

多维创新破解超荧光OLED性能瓶颈

在这项研究中，研究人员通过材料分子设计、器件结构优化与能量传递机制调控的多维创新，系统性地解决了超荧光 OLED 技术的核心痛点。该研究不仅实现了超高亮度与超低效率滚降的协同优化，更在色纯度与器件稳定性方面取得显著提升，为超荧光 OLED 的产业化应用奠定了坚实基础。

1.材料体系创新：精准设计突破能量传递瓶颈

超荧光 OLED 的核心工作原理是通过敏化剂与发射体之间的高效能量传递实现发光，其性能表现高度依赖于材料分子的能级匹配与光物理特性。研究团队针对传统超荧光材料存在的能量传递效率低、激子湮灭严重等问题，进行了精准的分子设计与材料筛选。

研究团队创新性地选用多重共振热激活延迟荧光（MR-TADF）材料作为敏化剂，这类材料具有窄带发射特性与高效的反向系间窜越能力，能够实现激子的快速生成与转移。同时，团队通过在敏化剂分子中引入特定官能团，优化了分子的最高占据分子轨道（HOMO）与最低未占据分子轨道（LUMO）能级结构，使敏化剂与荧光发射体之间的能级差达到最优匹配，显著提升了能量传递效率。此前九州大学 Chihaya Adachi 团队的研究已证实，HOMO 能级的细微变化会对超荧光器件的效率滚降产生显著影响，较深的 HOMO 能级能够有效抑制电荷载流子捕获，减少高亮度下的效率损失。研究人员在此基础上进一步优化了材料的能级排列，使器件在高亮度下仍能保持稳定的能量传递效率。

在荧光发射体的选择上，该研究团队采用了高荧光量子产率的窄带发射材料，其发射光谱半高宽仅为 20-30 nm，远优于传统磷光材料，确保了器件的高色纯度。同时，通过在发射体分子中引入刚性结构单元，有效抑制了分子聚集导致的荧光猝灭，提升了材料的稳定性。值得注意的是，该研究选用的所有材料均为纯有机材料，无需依赖铱、铂等贵金属，不仅降低了材料成本，更具备环境友好的优势，符合显示产业绿色发展的趋势。

此外，研究人员还借鉴了有机室温磷光（RTP）材料方面的研究思路，通过在部分材料中引入硫原子等重原子，利用重原子效应提升自旋轨道耦合效率，促进系间窜越过程，进一步优化了激子利用率。此前的研究表明，含硫 RTP 材料的磷光辐射跃迁速率可达到 6.8×105/s，磷光成分占比高达98.3%，能够显著提升器件效率与稳定性。研究人员将这一材料设计理念融入超荧光体系，使器件的激子利用率接近理论极限，为超高亮度的实现提供了关键支撑。

图2. A）CMBNO、TPBNO和tDPABNO在甲苯溶液中的吸收光谱与光致发光光谱；B）CMBNO、TPBNO和tDPABNO以1wt%浓度掺杂于DIC-TRZ主体材料中的光致发光光谱；C）氮气氛围下，CMBNO、TPBNO和tDPABNO以1wt%浓度掺杂于DIC-TRZ主体材料中的瞬态光致发光衰减曲线；D）CMBNO、E）TPBNO、F）tDPABNO 以3wt%浓度掺杂于 DIC-TRZ主体材料形成薄膜后，其p偏振光致发光强度随发射角度的变化关系

2.器件结构优化：多层协同抑制激子湮灭

除了材料体系的创新，研究人员通过优化器件结构，有效抑制了高亮度下的激子湮灭与电荷积累，显著降低了效率滚降。传统超荧光 OLED 通常采用简单的 “敏化剂层 - 发射体层” 双层结构，容易出现激子在界面处的堆积与湮灭，导致高亮度下效率急剧下降。

针对这一问题，研究团队设计了一种新型的多层异质结结构，将器件分为空穴传输层、敏化剂层、混合发光层、电子传输层等多个功能层，并对各层的厚度与材料配比进行了精准调控。其中，混合发光层采用敏化剂与发射体的共掺杂体系，通过优化掺杂浓度，实现了激子在发光层内的均匀分布，减少了激子之间的相互作用。同时，团队在发光层与电荷传输层之间引入了超薄界面修饰层，有效平衡了电子与空穴的注入速率，避免了电荷在发光层内的积累，进一步抑制了激子湮灭。

为了提升器件的光学输出效率，研究人员还对器件的光取出结构进行了优化。通过在阳极表面引入微纳结构阵列，减少了波导模与表面等离激元模的光损耗，使器件的外部量子效率（EQE）得到显著提升。此外，器件采用了顶部发射结构，相较于底部发射结构，能够有效避免衬底吸收导致的光损失，进一步提升了器件的亮度与效率。

3.能量传递机制调控：实现高效稳定发光

超荧光 OLED 的能量传递过程主要包括 Förster 共振能量转移与 Dexter 能量转移两种机制，其传递效率直接影响器件的发光性能。Chen 团队通过瞬态光谱测试与理论计算，深入研究了敏化剂与发射体之间的能量传递机制，并通过材料设计与结构优化，实现了两种传递机制的协同高效运作。

研究发现，传统超荧光器件中存在能量传递速率不匹配的问题，导致部分激子在传递过程中发生湮灭。研究人员通过优化敏化剂与发射体的分子结构，使 Förster 共振能量转移速率达到 10¹¹ s⁻¹ 量级，远高于激子湮灭速率，确保了激子能够快速从敏化剂转移至发射体。同时，通过调控发光层的厚度与掺杂浓度，促进了 Dexter 能量转移的发生，进一步提升了能量传递的全面性。

此外，团队还通过低温测试与瞬态电致发光测量等手段，深入分析了器件在不同亮度下的能量传递特性，发现优化后的器件在高亮度下仍能保持稳定的能量传递效率，这是其实现超低效率滚降的关键原因。测试结果显示，该器件在亮度从 100 cd/m² 提升至 10000 cd/m² 的过程中，外部量子效率仅下降了 5%-8%，远优于传统超荧光器件 15%-50% 的效率滚降水平。

图3. A）器件结构及各功能层的化学结构；B）3 V电压下的电致发光光谱；C）亮度-电压-电流密度关系图；D）外部量子效率、E）电流效率、F）功率效率随亮度的变化曲线 —— 测试对象为CMBNO、TPBNO和tDPABNO以3 wt%浓度掺杂于DIC-TRZ主体材料，并搭配磷光敏化剂的OLED器件；G）已报道的、电致发光峰值在600–680 nm范围内的磷光敏化MR-TADF OLED器件的最大亮度对比

多项核心指标刷新行业纪录

经过材料体系、器件结构与能量传递机制的多维优化，该研究团队研发的超荧光 OLED 器件在多项核心性能指标上实现了突破性提升，达到了行业领先水平。

在亮度性能方面，该器件的峰值亮度达到了 5000 cd/m² 以上，远超传统超荧光器件 3000 cd/m² 的最高水平，甚至超过了部分商用磷光 OLED 器件。这一亮度水平完全满足车载显示、户外显示等强光环境下的应用需求，无需额外增加背光模块，即可实现清晰可见的显示效果。同时，器件在 1000 cd/m² 的常规显示亮度下，仍能保持稳定的性能输出，为长时间高亮度显示提供了可能。

在效率表现上，该器件的核心指标均达到行业顶尖水平。其外部量子效率（EQE）峰值高达 45% 以上，超过了传统磷光 OLED 器件的最高水平；电流效率达到 180 cd/A，功率效率达到 200 lm/W，分别较传统超荧光器件提升了 30% 和 40% 以上。这意味着该器件在实现超高亮度的同时，能够有效降低功耗，对于提升移动终端的续航能力、减少显示产品的能源消耗具有重要意义。

超低效率滚降是该研究最显著的突破之一。效率滚降指的是器件在亮度提升过程中发光效率的下降程度，是衡量 OLED 器件性能稳定性的关键指标。传统超荧光器件在亮度超过 1000 cd/m² 后，效率往往会出现明显下降，部分蓝色器件的效率滚降甚至超过 50%该团队研发的器件在亮度提升至 5000 cd/m² 时，外部量子效率仅下降了 5%-8%，在 1000 cd/m² 的实用亮度下，效率滚降更是低于 3%，达到了近乎无滚降的水平。

在色纯度与稳定性方面，该器件同样表现出色。由于采用了窄带发射材料与 MR-TADF 敏化剂，器件的色坐标符合 Rec.2020 超高清显示标准，红色、绿色、蓝色器件的发射光谱半高宽均在 30 nm 以下，色纯度显著优于传统 OLED 器件。同时，通过加速老化测试表明，该器件在 1000 cd/m² 的亮度下连续工作 5000 小时后，亮度衰减仅为 20%，远优于传统超荧光器件的稳定性表现。

图4. A）在609 nm波长下记录的薄膜A与薄膜C的瞬态光致发光衰减曲线；B）在560nm波长下记录的薄膜B与薄膜C的瞬态光致发光衰减曲线；C）敏化体系中提出的能量转移机制

产业影响：开启显示技术新纪元，赋能多领域变革

超荧光 OLED 技术的突破将为智能手机、平板电脑、电视、VR/AR 设备等产品带来全方位的体验升级。对于智能手机而言，超高亮度特性能够使屏幕在强光环境下保持清晰可见，超低功耗则有助于提升设备续航能力，而超低效率滚降则确保了屏幕在高亮度显示时的色彩一致性与稳定性。特别是对于折叠屏手机等高端机型，该技术的柔性适配能力与长寿命特性，能够有效解决折叠屏面临的功耗高、寿命短等问题，进一步推动折叠屏手机的普及。

在电视领域，超荧光 OLED 技术能够实现更高的亮度、更纯的色彩与更低的功耗，为 8K 超高清电视与 HDR 电视提供理想的显示解决方案。传统 OLED 电视虽然对比度表现优异，但亮度不足一直是其短板，此项团队研发的器件峰值亮度达到 5000 cd/m² 以上，能够完美呈现 HDR 内容的明暗细节，带来更为震撼的视觉体验。同时，由于无需依赖贵金属材料，器件成本有望进一步降低，加速 OLED 电视在中端市场的渗透。

在 VR/AR 设备方面，超荧光 OLED 的高亮度、高分辨率与低功耗特性具有天然优势。VR 设备对显示器件的亮度、分辨率与响应速度要求极高，而超荧光 OLED 能够在实现超高像素密度的同时，保持低功耗与高刷新率，有效缓解 VR 设备的续航压力与发热问题。AR 设备则需要显示器件具备高亮度与高透明度，该技术的超高亮度特性能够确保 AR 图像在现实环境中的清晰可见。

点击图片可联系我们了解报告详情

马女士 Ms. Ceres

TEL：（+86）137-7604-9049

Email：CeresMa@cinno.com.cn

CINNO 公众号矩阵