三星开发出一种新型MR-TADF OLED发光材料的合成工艺与器件集成方案

CINNO Research产业资讯，在智能手机、电视、AR/VR 设备日益普及的今天，人们对显示效果的追求从未停止。从高清到超高清（UHD），再到对极致色彩还原的渴望，显示技术正面临着一场全新的升级挑战。近日，三星先进技术研究院联合庆尚国立大学、庆熙大学的科研团队，在国际期刊《Advanced Materials》上发表了一项重磅成果 —— 成功研发出一种名为 DBF-v-DABNA 的新型纯绿色发光材料，将有机发光二极管（OLED）的色彩纯度、发光效率和稳定性提升至一个新的水平，契合 BT.2020（Rec.2020）超高清色彩标准，为下一代显示技术的发展铺平了道路。

超高清显示时代的“绿色难题”

近年来，OLED 技术凭借自发光、高对比度、广视角、柔性化等优势，已成为高端显示领域的主流选择。从旗舰智能手机的柔性屏幕，到超大尺寸的家庭影院电视，再到沉浸式 AR/VR 头显设备，OLED 技术正在重塑人们与数字世界交互的方式。随着 5G、8K 视频、元宇宙等技术的快速发展，市场对超高清显示的需求呈现爆发式增长，用户不仅追求更高的分辨率，更渴望屏幕能还原出更真实、更细腻的色彩 —— 就像亲眼所见的自然景色一般。

为了规范超高清显示的色彩表现，国际电信联盟（ITU）制定了 BT.2020（Rec.2020）标准，这一标准被业内视为超高清显示的 “色彩圣经”。它对红、绿、蓝三原色的纯度提出了极为严苛的要求，其中绿色作为画面中最具视觉冲击力的色彩，更是成为了技术突破的关键。根据 BT.2020 标准，理想的纯绿色需要满足特定的色彩坐标（CIE y≈0.797），发光峰值集中在 525-530nm 的理想波段，且发光谱线的半高宽（FWHM）需控制在 30nm 以内 —— 这意味着发光必须高度集中，不能出现明显的色彩扩散。

图1. 发光材料的分子设计策略与化学结构（其中电子活性MR核以绿色高亮标注）

尽管 OLED 技术在蓝色、红色发光材料上已取得诸多突破，但绿色发光材料却长期面临着 “三重困境”：一是色彩纯度难以达标，要么发光波段偏离理想范围，要么谱线过宽导致色彩 “发灰”；二是高亮度下效率大幅下降，通俗来说，就是屏幕调得越亮，发光效率越低，不仅更耗电，还可能影响显示效果；三是稳定性不足，长期使用后容易出现亮度衰减、色彩偏移等问题。

之所以绿色成为难题，核心原因在于 BT.2020 标准对绿色的色彩纯度要求远高于其他颜色。此前行业内广泛使用的多共振热激活延迟荧光（MR-TADF）技术，虽然能实现窄带发光，但绿色版本的分子结构设计一直难以平衡 “色彩纯”“效率高”“稳定性强” 三大需求。例如，部分材料虽然色彩纯度接近要求，但在高亮度下效率会骤降；有些材料效率尚可，却存在分子容易 “抱团” 聚集的问题，导致发光效果变差、寿命缩短。这些瓶颈严重制约了超高清 OLED 显示技术的落地，成为行业亟待解决的痛点。

研究方案：创新分子设计、架构优化以实现性能提升

面对绿色 OLED 的技术困境，三星联合高校的科研团队经过长期攻关，从分子结构设计到器件架构优化，提出了一套全方位的创新解决方案，成功研发出 DBF-v-DABNA 这一突破性材料。

（一）分子结构创新：给发光核心搭起“稳固框架” 与 “防护盾”

发光材料的性能，本质上由其分子结构决定。团队的首要创新的是重构了分子的核心骨架，为发光提供了前所未有的稳定性和集中性。

此前的绿色 MR-TADF 材料，分子结构多存在 “柔性” 过高的问题，就像一根容易弯曲的绳子，发光时分子振动剧烈，导致能量分散，发光谱线变宽，色彩纯度下降。为解决这一问题，团队采用了刚性的二苯并呋喃（DBF）框架作为分子核心，这种结构如同一个坚固的 “支架”，能牢牢固定发光区域，最大限度减少分子振动和结构变形，让发光能量高度集中，从而实现窄带纯绿色发射。

同时，团队还为发光核心设计了一层 “防护盾”—— 在分子的关键位置引入了苯基、甲苯基和二甲苯等取代基。这些取代基如同围绕在发光核心周围的 “卫士”，一方面能有效阻挡分子之间的相互作用，避免因分子 “抱团” 聚集导致的发光淬灭；另一方面能抑制一种名为 “德克斯特能量转移（DET）” 的能量损耗过程，让更多能量用于发光，而非白白浪费。

这种 “稳固框架 + 防护盾” 的设计，不仅解决了此前材料的聚集问题，还大幅提升了分子的热稳定性。实验显示，DBF-v-DABNA 的热分解温度超过 400℃，完全满足 OLED 制造中真空沉积的工艺要求，为量产奠定了基础。

图2. (a) 基态（S₀）的优化结构；(b) 所计算的第一单重激发态（S₁）、第一三重激发态（T₁）、第二三重激发态（T₂）及第三三重激发态（T₃）的能量，以及对应的自旋 - 轨道耦合（SOC）矩阵；(c) 单重激发态 S₁与基态 S₀间跃迁的重组能（λ）；(d) 激发态的模拟自然跃迁轨道分布

（二）架构优化：引入“能量传递助手”，攻克效率滚降难题

即使分子结构再出色，若不能让能量高效传递到发光过程，也难以发挥其最大潜力。此前绿色 OLED 在高亮度下效率下降（即 “效率滚降”）的核心原因，是发光过程中产生的 “三重态激子” 无法有效转化为光能量，反而会积累起来导致能量损耗。

为解决这一问题，团队创新性地采用了 “超荧光（HF）” 器件架构，在发光层中引入了一种名为 Ir (ppy)₃的磷光材料作为“能量传递助手”。这种材料的作用如同一个 “能量转换器”，能高效捕获发光过程中产生的三重态激子，将其转化为可发光的 “单重态激子”，再通过福斯特共振能量转移（FRET）机制，快速传递给 DBF-v-DABNA 发光核心，最终转化为纯绿色光。

这种 “助手 + 核心” 的协同机制，彻底改变了传统器件中能量浪费的局面。一方面，“能量传递助手” 高效回收了原本会损耗的能量，大幅提升了整体发光效率；另一方面，快速的能量传递避免了激子在发光层中的积累，从根源上解决了高亮度下的效率滚降问题。

（三）精准合成与工艺适配：确保性能稳定量产可行

一项技术要从实验室走向市场，必须具备量产可行性。团队在合成 DBF-v-DABNA 的过程中，采用了分步偶联和硼化反应的策略，通过精准控制反应条件，实现了高收率合成，且没有产生无用的异构体杂质。通过核磁共振（NMR）和高分辨质谱（HRMS）等技术的严格表征，确保了每一批次材料的结构一致性和性能稳定性。

在器件制备上，团队优化了整个 OLED 的层状结构，从空穴注入层、空穴传输层到电子传输层、电子注入层，均选用了与 DBF-v-DABNA 能量水平匹配的材料，形成了顺畅的 “能量通道”，避免了电荷在器件中的积累和损耗。这种全方位的工艺适配，让材料的优异性能得以完整呈现。

图3. (a) 稀溶液中的紫外-可见吸收光谱、室温光致发光光谱及低温磷光光谱；(b) 不同掺杂剂浓度下BBP-CBz基掺杂薄膜的发射光谱，掺杂体系为BBP-CBz:x质量分数DBF-v-DABNA；(c) 不同掺杂条件下BBP-CBz薄膜的瞬态光致发光光谱，掺杂条件分别为1质量分数DBF-v-DABNA、2质量分数DBF-v-DABNA、1质量分数DBF-v-DABNA与10质量分数Ir (ppy)₃共掺杂、2质量分数DBF-v-DABNA与10质量分数Ir (ppy)₃共掺杂

（四）设计巧思：兼顾色彩纯度与发光方向

除了稳定性和效率，团队还关注到一个容易被忽视的细节 —— 发光的 “方向”。OLED 的发光效率不仅取决于材料本身，还与发光分子的偶极取向密切相关。如果发光分子的偶极方向能更多地平行于屏幕表面，那么更多的光就能被有效提取出来，提升器件的实际亮度。

DBF-v-DABNA 的分子结构设计恰好实现了这一点。其准平面的分子结构倾向于平行于基板排列，使得水平偶极子比例高达 94%。这意味着，材料发出的光中有 94% 能以理想的方向传播，从而在不增加能耗的情况下，大幅提升了器件的实际发光亮度和出光效率。

OLED样品制备：多项参数指标大幅提升，色坐标达成BT2020

经过实验验证，基于 DBF-v-DABNA 的 OLED 器件在色彩纯度、发光效率、稳定性和亮度等关键指标上，均实现了突破性提升，多项数据刷新行业纪录，基本达成BT.2020 超高清标准。

（一）色彩纯度：无限接近BT.2020 标准，画面还原更真实

色彩纯度是绿色 OLED 的核心指标，也是 DBF-v-DABNA 最亮眼的优势之一。实验显示，该材料在溶液中的发光谱线半高宽（FWHM）仅为 16nm，在器件中的半高宽也仅为 19nm，远低于 BT.2020 标准要求的 30nm 上限，是目前已知最窄的绿色发光谱线之一。

对应的色彩坐标方面，底部发射型 OLED 器件的 CIE y 值达到 0.74-0.75，而顶部发射型器件的 CIE y 值更是高达 0.79，无限接近 BT.2020 标准规定的 0.797。这意味着，基于该材料的屏幕，能够还原出自然界中最纯正的绿色 —— 无论是春天的嫩叶、茂密的森林，还是草原的青草，都能呈现出细腻、逼真的色彩层次，彻底摆脱了此前绿色显示 “偏黄”“偏蓝” 或 “发灰” 的问题。

对于用户而言，这种高色彩纯度带来的直观感受是画面更具沉浸感和真实感。在观看自然纪录片时，能感受到仿佛置身于真实场景之中；在进行设计、摄影等专业工作时，能精准还原作品的色彩意图；在使用 AR/VR 设备时，虚拟世界的绿色元素也能与现实环境无缝融合，提升沉浸体验。

图4. (a) 有机电致发光器件的器件结构与能级图；(b) 本工作中器件在1000cd/m2亮度下的外量子效率与电致发光光谱半高全宽的对比，并与已报道的色坐标CIEy值> 0.65的非HF型（方形）和HF型（圆形）纯绿光OLEDs相关性能进行对比；(c) 电流密度与亮度随电压的变化特性；(d) 归一化电致发光光谱；(e) 外量子效率随亮度的变化特性；(f) 初始亮度为5000cd/m2时的器件寿命

（二）发光效率：省电又明亮，突破行业天花板

发光效率直接关系到 OLED 的功耗和续航能力，是消费电子领域的核心需求之一。基于 DBF-v-DABNA 的超荧光 OLED 器件，在效率方面实现了质的飞跃。

数据显示，该器件的最大外部量子效率（EQE）超过 35%，这一指标意味着，输入的电能中有超过三分之一能转化为光能量，远高于此前传统绿色 OLED 的效率水平。其中，顶部发射型器件的电流效率更是达到了 233cd/A，创下了绿色 OLED 电流效率的纪录。

更值得称道的是，该器件几乎解决了 “效率滚降” 这一行业顽疾。在 1000cd/m² 的常用亮度下，EQE 仍能保持在 32%-34%，即使在 10000cd/m² 的高亮度下，EQE 依然维持在 30% 以上，远超此前同类器件在高亮度下效率大幅下滑的表现。

这一性能带来的实际意义极为显著：对于智能手机等移动设备，相同亮度下功耗更低，续航时间大幅延长；对于电视等大屏设备，不仅能降低耗电量，还能减少发热，提升设备的长期稳定性；对于 AR/VR 设备，低功耗意味着更长的使用时间，高亮度则能确保在强光环境下依然清晰可见。

（三）稳定性：耐用性大幅提升，满足长期使用需求

材料的稳定性直接决定了 OLED 屏幕的使用寿命。此前部分高性能绿色 OLED 材料，虽然短期性能出色，但长期使用后容易出现亮度衰减、色彩偏移等问题，限制了其应用场景。

DBF-v-DABNA 凭借其坚固的分子结构和有效的防护设计，在稳定性上实现了突破性提升。实验显示，在 5000cd/m² 的初始亮度下，基于该材料的超荧光 OLED 器件寿命超过 600 小时；若换算到日常使用的 1000cd/m² 亮度下，预计寿命可超过 5000 小时，达到了商用化要求的高水平。

这种稳定性的提升，源于多重机制的协同作用：刚性分子框架减少了结构老化；“防护盾” 设计抑制了分子聚集和能量损耗；超荧光架构减少了激子积累对材料的损伤。对于用户而言，这意味着屏幕在长期使用后，依然能保持鲜艳的色彩和稳定的亮度，不会出现“用久了变黄、变暗” 的问题，大幅提升了产品的使用价值。

（四）亮度表现：峰值亮度创纪录，适配多元场景

除了色彩和效率，亮度是 OLED 适应不同使用场景的关键指标。尤其是在户外使用或搭配 AR/VR 设备时，高亮度能确保画面清晰可见。实验数据显示，DBF-v-DABNA 基 OLED 器件的峰值亮度超过 7.2×105cd/m²，这是目前已知绿色 OLED 的最高亮度纪录。即使在如此高的亮度下，器件依然能保持出色的色彩纯度和效率，不会出现色彩失真或效率骤降的情况。

这一亮度水平让 OLED 屏幕能够轻松应对各种复杂场景：在阳光直射的户外，手机或平板屏幕依然清晰可辨；在 AR/VR 设备中，高亮度能与现实环境形成良好的亮度匹配，提升沉浸感；在专业显示领域，高亮度结合高色彩纯度，能满足医疗影像、影视后期制作等对显示精度要求极高的场景需求。

图5. (a) 透明电极有机电致发光器件的电流效率-亮度曲线及电致发光光谱；(b) 本工作中窄光谱OLED的CIE色坐标，并与NTSC、BT2020标准绿光的色坐标对比

创新方案赋能全场景应用前景，推动超高清方案落地

DBF-v-DABNA 的突破性性能，不仅解决了绿色 OLED 的长期技术瓶颈，更将为整个显示行业带来深远影响，赋能从消费电子到专业领域的全场景应用。

在消费电子领域，下一代智能手机、电视、平板电脑将率先受益于这一技术。搭载该材料的超高清电视，将能完美呈现 8K 甚至更高分辨率的内容，色彩还原度堪比影院级水准；柔性 OLED 手机屏幕不仅能实现更鲜艳的显示效果，还能因低功耗延长续航；AR/VR 设备则将凭借高亮度、高色彩纯度和低功耗的优势，解决当前设备 “续航短、沉浸感不足” 的痛点，推动元宇宙产业的发展。

在专业显示领域，医疗影像、工业设计、影视制作等行业对色彩精度和亮度的要求极为苛刻。DBF-v-DABNA 基 OLED 显示器将能精准还原人体组织的细微色彩差异、工业产品的设计细节以及影视画面的原始色调，为专业人士提供更可靠的视觉参考，提升工作效率和成果质量。

研究人员表示，这种DBF-v-DABNA材料的研发成功，是超高清显示技术领域的一个重要研究成果。这一材料将很快实现产业化应用，让消费者在日常生活中体验到更逼真、更高效、更耐用的显示效果。未来，研究人员还将继续优化材料性能，探索红、蓝两色的进一步升级，推动全色系 OLED 向 BT.2020 标准全面迈进。

中国AMOLED显示材料市场分析报告（大纲）

第一章 OLED显示行业发展概述

一、 OLED显示行业基本介绍

1. OLED产品分类

2. OLED基本结构

3. OLED发光原理

4. OLED发展历程

二、 AMOLED显示行业产业链分析

1. AMOLED显示面板整体材料结构分析

2. AMOLED显示面板制造生产工艺流程分析

第二章 全球中小尺寸AMOLED显示材料市场发展现状及趋势

一、 全球中小尺寸AMOLED显示面板市场发展综述

1. 2018-2025年全球中小尺寸AMOLED显示面板市场需求分析

1.1 智能手机

1.2 笔记本电脑

1.3 车载显示

1.4 可穿戴

1.5 其他

2. 2018-2025年全球中小尺寸AMOLED显示面板市场供应分析

2.1 韩国

2.2 中国大陆

2.3 其他

3. 全球AMOLED显示面板重点企业分析

3.1 三星显示SDC

3.2 乐金显示LGD

3.3 京东方BOE

3.4 TCL华星CSOT

3.5 天马集团Tianma

3.6 维信诺Visionox

3.7 和辉光电Everdisplay

3.8 信利Truly

3.9 友达光电AUO

3.10 日本显示器JDI

3.11 夏普Sharp

二、 全球中小尺寸AMOLED显示材料市场发展现状和趋势

1. 全球中小尺寸AMOLED发光层材料市场规模分析

1.1 2018-2025年全球中小尺寸AMOLED发光层材料市场规模预测

1.2 2019-2020年全球中小尺寸AMOLED发光层材料供应商出货量排名

1.3 2019-2020年全球中小尺寸AMOLED发光层材料供应商营收规模排名

2. 2018-2025年全球中小尺寸AMOLED共通层材料市场规模预测

2.1 2018-2025年全球中小尺寸AMOLED共通层材料市场规模预测

2.2 2019-2020年全球中小尺寸AMOLED共通层材料供应商出货量排名

2.3 2019-2020年全球中小尺寸AMOLED共通层材料供应商营收规模排名

第三章 中国AMOLED显示材料市场竞争格局分析

一、 中国AMOLED显示材料厂商市场竞争格局分析

1. 中国AMOLED发光层材料厂商市场规模分析

1.2 2019-2020年中国中小尺寸AMOLED发光层材料供应商出货量排名

1.3 2019-2020年中国中小尺寸AMOLED发光层材料供应商营收规模排名

2. 中国AMOLED共通层材料厂商市场规模分析

2.2 2019-2020年中国中小尺寸AMOLED共通层材料供应商出货量排名

2.3 2019-2020年中国中小尺寸AMOLED共通层材料供应商营收规模排名

3. 中国AMOLED显示材料供应商市场竞争格局分析（司南理论分析模型框架）

3.1 市场渗透力分析

3.2 产品竞争力分析

3.3 技术延展力分析

3.4 资源整合力分析

3.5 综合运营力分析

二、 中国AMOLED显示材料供应商产业地图

1. 华东地区

2. 华北地区

3. 华中地区

4. 华南地区

第四章 总结和建议

一、 产业机遇与相关建议

二、 产业挑战与相关建议

三、 其他

马女士 Ms. Ceres

TEL：（+86）137-7604-9049

Email：CeresMa@cinno.com.cn

CINNO 公众号矩阵