《科技日报》头版头条聚焦维信诺第四代pTSF技术的中国突围

【创新故事】《科技日报》记者 杨 雪

　　色彩绚丽的手机屏、多功能触摸的车载屏、卷成一卷的超薄屏、科幻片里的透明屏……日前，在清华大学pTSF（磷光辅助热活化敏化荧光）技术论坛上，形形色色的显示屏引来众人围观。

　　这些绚丽多彩的屏幕背后，是科研人员十多年如一日的艰辛攻坚。清华大学联合维信诺科技股份有限公司（以下简称“维信诺”）等国内企业，先后破解技术路线、性能验证、工艺改造等难题，最终实现第四代pTSF技术量产商用，完成我国OLED（有机发光二极管）关键材料从长期跟跑到自主引领的跨越，把屏幕之“光”牢牢抓在自己手中。

　　“今天，显示技术正加速向超高清、全场景、低碳化转型，而驱动这场视觉升级的有机发光材料，曾长期被国外企业垄断。”清华大学化学系教授段炼告诉科技日报记者，pTSF技术的突破，有力推动我国OLED产业实现换道超车。

　　确定技术路线

　　“高效率、长寿命和高色纯度，一直是显示产业长期追求的目标。”但段炼说，在OLED材料领域，要想同时实现这三方面要求，却是业界公认的“不可能三角”。

　　高效率与长寿命往往是相互制约的，实现二者的协同提升本身就很难，在此前提下，要保证高色纯度更是难上加难。

　　此前，OLED技术已发展至第三代，但始终未解决这一难题。第一代使用荧光材料，色纯度高，但发光效率低；第二代采用磷光材料，发光效率高，但色纯度不足且依赖贵金属；第三代应用热活化延迟荧光（TADF）材料，发光效率高，稳定性和色纯度又欠佳。

　　“2011年，当在文献中看到国外第三代TADF材料取得新突破时，我们一度觉得技术差距又被拉大了。”段炼回忆，但他仔细研究文献后发现，国外TADF材料光谱宽，色纯度不高，色彩不够鲜艳。

　　“当时，我就想是否可以不用TADF材料发光，而是让其作为敏化剂，将光能量传递给高色纯度荧光染料，解决这些问题。”段炼说干就干，立即着手研发热活化敏化荧光（TSF）技术。

　　“我们的方案是采取接力的方式传递能量，就像田径接力赛。”清华大学化学系副研究员张东东解释，第一棒是“TADF运动员”，负责快速转换能量传递给下一棒；第二棒是“高色纯度荧光运动员”，负责接过能量发出纯净的光。

　　然而这条路并不好走，经过3年多的努力，进展依然缓慢。

　　“段老师带着我们仔细分析实验结果，从原理上找出问题所在。我们发现，第一棒‘TADF运动员’有时往前跑，有时往后跑，既影响快速交接棒，又降低总体发光效率。得找到约束‘TADF运动员’的方式，控制它们的走向。”张东东说。

　　反复研讨，思路逐渐清晰，团队开始尝试在发光层中添加少量磷光敏化剂的方案，拦截反向奔跑的“TADF运动员”。实验效果非常好！TADF和磷光敏化剂在发光层构建出多条并行传递通道，让能量以纳秒级速度，100%传递给“高色纯度荧光运动员”。

　　“该方案让器件效率高、寿命长、颜色更鲜艳。”段炼说，“我们确定这是三者兼得的最优解。”

　　验证产品性能

　　找到最优路径，只是万里长征第一步。“理论可行”和“现实执行”之间往往存在巨大鸿沟。

　　“技术方案只是回答了在原理上、逻辑上能否走得通。”段炼说，“现实中，我们必须从无到有创制出适合pTSF机制的发光材料，不断优化器件结构。”

　　这是一条从来没有人走过的路，研制方案被反复推倒重来。

　　“我们先做的是pTSF红光，器件寿命大幅提高，大家很激动。”张东东说。但随后因为关键窄光谱红光材料始终没有取得突破进展，项目又一度停滞。

　　“红光难度大，先做绿光行不行？”段炼果断切换材料研发的主攻方向。

　　转机出现在2019年，团队得到了窄光谱绿色荧光材料。“我们在国际上率先研发出一种颜色鲜艳的绿色荧光材料，它解决了最核心的‘颜色鲜艳’与‘高激子利用率’兼容难题，使pTSF技术从原理可行走向制造可行。”段炼介绍。

　　从“书架”到“货架”，仅靠高校的力量是不够的，接下来是多方深度合作研制成品。清华大学团队与江苏三月科技股份有限公司、合肥鼎材科技有限公司等材料厂商负责开发可量产、满足商用规格的窄光谱绿色荧光材料；维信诺负责器件结构和工艺的优化，将实验室技术推向屏幕量产线。

　　这又是一段漫长过程。从小试到中试，总会出现一些意想不到的问题。比如，有的材料在小试阶段性能非常好，但热稳定性不够好，无法满足中试要求，只能放弃。段炼说：“尽管在研制过程中困难重重、失败和挫折如影相随，但这个过程能让国内企业完整掌握从原理、材料到器件、工艺的自主可控。再难，也值！”

　　近3年的磨合，让研发道路越走越顺。团队与材料厂商紧密配合，不断调整材料组合与配制方案；维信诺投入大量评测资源验证pTSF器件在屏幕内搭配效果，及时反馈评测结果，提出改进建议……

　　不断反馈、持续迭代，最终成品经测试显示，与上一代屏幕相比，搭载高效率pTSF器件的屏幕，功耗降低超12%，寿命提升15%；宽色域pTSF器件在降低功耗提升寿命的同时，更是将色域从传统的DCI-P3标准扩展至更广的BT.2020标准。这意味着，消费者手中的屏幕将续航更持久、耐用性更强、色彩更逼真。

　　优化生产工艺

　　pTSF技术的性能优势，让维信诺迅速决定立项推进量产研发。此时，设备适配与工艺优化的难题接踵而来。

　　“上一代器件的发光层是两个组分，采用双源蒸镀工艺即可生产。”维信诺器件专家李国孟介绍，新器件则是三个组分，包含TADF型主体、磷光敏化剂和窄光谱染料，原有工艺无法胜任，需要全新的三源共蒸工艺。

　　三源蒸镀与双源蒸镀相比，难度不可同日而语，工艺需要大量细致的调整及优化。实验室设备真空腔室小，玻璃基板面积也小，发光面积仅几平方毫米，使用点蒸发源即可实现三源蒸镀。但产线上的玻璃基板面积往往很大，需要使用线蒸发源进行蒸镀，三源蒸镀材料浓度波动大。

　　“仅原有产线的腔室改造，我们就花费了大量时间和精力。”OLED器件资深研究员蔡明翰说，内部布局调整、温湿度控制、气流参数设置……稍有不慎就会直接影响工艺的稳定性、良率和成本。

　　“虽然我们已经做了很多准备，但pTSF量产表现仍是未知数。很多新技术，往往在实验室能做出很好性能，量产验证时却会出现很多问题。”李国孟至今清楚记得团队在产线上熬过的每一个不眠之夜。

　　数百次调整优化后，团队再次聚集在产线前。“从下午一直到第二天清晨，我们疲惫不堪却又兴奋不已。”蔡明翰说，大家都在焦急地等待再次调优后的pTSF首片“新鲜出炉”。时针一分一秒转动，到凌晨5点多，首片顺利下线流转至测试环节。

　　“一个多小时的测试，对于大家而言就是一种煎熬。”李国孟说，现场鸦雀无声，甚至连呼吸声都清晰可辨。测试仪表屏幕上数据不断变化，最终稳定在前所未见的新纪录上。“我们成功了！”全场爆发出雷鸣般的欢呼。

　　2023年，维信诺在业内率先完成基于pTSF技术的G4.5代线线源三源共蒸中试屏体验证；2024年，维信诺进一步迭代pTSF技术，再次率先完成G6代线设备工艺改造与量产验证，良品率不断提升；2025年第四季度，基于pTSF技术的屏幕实现量产，并开始应用在最新款国产旗舰机型上。

　　pTSF技术产业化牵引了国内有机材料、蒸镀设备等上下游产业的协同研发与验证，是对国内显示产业供应链的一次整体提升，增强了我国新型显示产业链的韧性与安全性。

　　面向未来，段炼表示：“我们将进一步研发基于pTSF技术的红光和蓝光OLED，并持续提升绿光器件的效率、寿命和色纯度，为后续产品迭代升级奠定坚实基础，持续擦亮‘中国屏’。”