【創(chuàng)新故事】《科技日?qǐng)?bào)》記者 楊 雪

　　色彩絢麗的手機(jī)屏、多功能觸摸的車載屏、卷成一卷的超薄屏、科幻片里的透明屏……日前，在清華大學(xué)pTSF（磷光輔助熱活化敏化熒光）技術(shù)論壇上，形形色色的顯示屏引來(lái)眾人圍觀。

　　這些絢麗多彩的屏幕背后，是科研人員十多年如一日的艱辛攻堅(jiān)。清華大學(xué)聯(lián)合維信諾科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“維信諾”）等國(guó)內(nèi)企業(yè)，先后破解技術(shù)路線、性能驗(yàn)證、工藝改造等難題，最終實(shí)現(xiàn)第四代pTSF技術(shù)量產(chǎn)商用，完成我國(guó)OLED（有機(jī)發(fā)光二極管）關(guān)鍵材料從長(zhǎng)期跟跑到自主引領(lǐng)的跨越，把屏幕之“光”牢牢抓在自己手中。

　　“今天，顯示技術(shù)正加速向超高清、全場(chǎng)景、低碳化轉(zhuǎn)型，而驅(qū)動(dòng)這場(chǎng)視覺升級(jí)的有機(jī)發(fā)光材料，曾長(zhǎng)期被國(guó)外企業(yè)壟斷。”清華大學(xué)化學(xué)系教授段煉告訴科技日?qǐng)?bào)記者，pTSF技術(shù)的突破，有力推動(dòng)我國(guó)OLED產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)換道超車。

　　確定技術(shù)路線

　　“高效率、長(zhǎng)壽命和高色純度，一直是顯示產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期追求的目標(biāo)。”但段煉說(shuō)，在OLED材料領(lǐng)域，要想同時(shí)實(shí)現(xiàn)這三方面要求，卻是業(yè)界公認(rèn)的“不可能三角”。

　　高效率與長(zhǎng)壽命往往是相互制約的，實(shí)現(xiàn)二者的協(xié)同提升本身就很難，在此前提下，要保證高色純度更是難上加難。

　　此前，OLED技術(shù)已發(fā)展至第三代，但始終未解決這一難題。第一代使用熒光材料，色純度高，但發(fā)光效率低；第二代采用磷光材料，發(fā)光效率高，但色純度不足且依賴貴金屬；第三代應(yīng)用熱活化延遲熒光（TADF）材料，發(fā)光效率高，穩(wěn)定性和色純度又欠佳。

　　“2011年，當(dāng)在文獻(xiàn)中看到國(guó)外第三代TADF材料取得新突破時(shí)，我們一度覺得技術(shù)差距又被拉大了。”段煉回憶，但他仔細(xì)研究文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)，國(guó)外TADF材料光譜寬，色純度不高，色彩不夠鮮艷。

　　“當(dāng)時(shí)，我就想是否可以不用TADF材料發(fā)光，而是讓其作為敏化劑，將光能量傳遞給高色純度熒光染料，解決這些問題。”段煉說(shuō)干就干，立即著手研發(fā)熱活化敏化熒光（TSF）技術(shù)。

　　“我們的方案是采取接力的方式傳遞能量，就像田徑接力賽。”清華大學(xué)化學(xué)系副研究員張東東解釋，第一棒是“TADF運(yùn)動(dòng)員”，負(fù)責(zé)快速轉(zhuǎn)換能量傳遞給下一棒；第二棒是“高色純度熒光運(yùn)動(dòng)員”，負(fù)責(zé)接過能量發(fā)出純凈的光。

　　然而這條路并不好走，經(jīng)過3年多的努力，進(jìn)展依然緩慢。

　　“段老師帶著我們仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從原理上找出問題所在。我們發(fā)現(xiàn)，第一棒‘TADF運(yùn)動(dòng)員’有時(shí)往前跑，有時(shí)往后跑，既影響快速交接棒，又降低總體發(fā)光效率。得找到約束‘TADF運(yùn)動(dòng)員’的方式，控制它們的走向。”張東東說(shuō)。

　　反復(fù)研討，思路逐漸清晰，團(tuán)隊(duì)開始嘗試在發(fā)光層中添加少量磷光敏化劑的方案，攔截反向奔跑的“TADF運(yùn)動(dòng)員”。實(shí)驗(yàn)效果非常好！TADF和磷光敏化劑在發(fā)光層構(gòu)建出多條并行傳遞通道，讓能量以納秒級(jí)速度，100%傳遞給“高色純度熒光運(yùn)動(dòng)員”。

　　“該方案讓器件效率高、壽命長(zhǎng)、顏色更鮮艷。”段煉說(shuō)，“我們確定這是三者兼得的最優(yōu)解。”

　　驗(yàn)證產(chǎn)品性能

　　找到最優(yōu)路徑，只是萬(wàn)里長(zhǎng)征第一步。“理論可行”和“現(xiàn)實(shí)執(zhí)行”之間往往存在巨大鴻溝。

　　“技術(shù)方案只是回答了在原理上、邏輯上能否走得通。”段煉說(shuō)，“現(xiàn)實(shí)中，我們必須從無(wú)到有創(chuàng)制出適合pTSF機(jī)制的發(fā)光材料，不斷優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)。”

　　這是一條從來(lái)沒有人走過的路，研制方案被反復(fù)推倒重來(lái)。

　　“我們先做的是pTSF紅光，器件壽命大幅提高，大家很激動(dòng)。”張東東說(shuō)。但隨后因?yàn)殛P(guān)鍵窄光譜紅光材料始終沒有取得突破進(jìn)展，項(xiàng)目又一度停滯。

　　“紅光難度大，先做綠光行不行？”段煉果斷切換材料研發(fā)的主攻方向。

　　轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在2019年，團(tuán)隊(duì)得到了窄光譜綠色熒光材料。“我們?cè)趪?guó)際上率先研發(fā)出一種顏色鮮艷的綠色熒光材料，它解決了最核心的‘顏色鮮艷’與‘高激子利用率’兼容難題，使pTSF技術(shù)從原理可行走向制造可行。”段煉介紹。

　　從“書架”到“貨架”，僅靠高校的力量是不夠的，接下來(lái)是多方深度合作研制成品。清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)與江蘇三月科技股份有限公司、合肥鼎材科技有限公司等材料廠商負(fù)責(zé)開發(fā)可量產(chǎn)、滿足商用規(guī)格的窄光譜綠色熒光材料；維信諾負(fù)責(zé)器件結(jié)構(gòu)和工藝的優(yōu)化，將實(shí)驗(yàn)室技術(shù)推向屏幕量產(chǎn)線。

　　這又是一段漫長(zhǎng)過程。從小試到中試，總會(huì)出現(xiàn)一些意想不到的問題。比如，有的材料在小試階段性能非常好，但熱穩(wěn)定性不夠好，無(wú)法滿足中試要求，只能放棄。段煉說(shuō)：“盡管在研制過程中困難重重、失敗和挫折如影相隨，但這個(gè)過程能讓國(guó)內(nèi)企業(yè)完整掌握從原理、材料到器件、工藝的自主可控。再難，也值！”

　　近3年的磨合，讓研發(fā)道路越走越順。團(tuán)隊(duì)與材料廠商緊密配合，不斷調(diào)整材料組合與配制方案；維信諾投入大量評(píng)測(cè)資源驗(yàn)證pTSF器件在屏幕內(nèi)搭配效果，及時(shí)反饋評(píng)測(cè)結(jié)果，提出改進(jìn)建議……

　　不斷反饋、持續(xù)迭代，最終成品經(jīng)測(cè)試顯示，與上一代屏幕相比，搭載高效率pTSF器件的屏幕，功耗降低超12%，壽命提升15%；寬色域pTSF器件在降低功耗提升壽命的同時(shí)，更是將色域從傳統(tǒng)的DCI-P3標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展至更廣的BT.2020標(biāo)準(zhǔn)。這意味著，消費(fèi)者手中的屏幕將續(xù)航更持久、耐用性更強(qiáng)、色彩更逼真。

　　優(yōu)化生產(chǎn)工藝

　　pTSF技術(shù)的性能優(yōu)勢(shì)，讓維信諾迅速?zèng)Q定立項(xiàng)推進(jìn)量產(chǎn)研發(fā)。此時(shí)，設(shè)備適配與工藝優(yōu)化的難題接踵而來(lái)。

　　“上一代器件的發(fā)光層是兩個(gè)組分，采用雙源蒸鍍工藝即可生產(chǎn)。”維信諾器件專家李國(guó)孟介紹，新器件則是三個(gè)組分，包含TADF型主體、磷光敏化劑和窄光譜染料，原有工藝無(wú)法勝任，需要全新的三源共蒸工藝。

　　三源蒸鍍與雙源蒸鍍相比，難度不可同日而語(yǔ)，工藝需要大量細(xì)致的調(diào)整及優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)室設(shè)備真空腔室小，玻璃基板面積也小，發(fā)光面積僅幾平方毫米，使用點(diǎn)蒸發(fā)源即可實(shí)現(xiàn)三源蒸鍍。但產(chǎn)線上的玻璃基板面積往往很大，需要使用線蒸發(fā)源進(jìn)行蒸鍍，三源蒸鍍材料濃度波動(dòng)大。

　　“僅原有產(chǎn)線的腔室改造，我們就花費(fèi)了大量時(shí)間和精力。”OLED器件資深研究員蔡明翰說(shuō)，內(nèi)部布局調(diào)整、溫濕度控制、氣流參數(shù)設(shè)置……稍有不慎就會(huì)直接影響工藝的穩(wěn)定性、良率和成本。

　　“雖然我們已經(jīng)做了很多準(zhǔn)備，但pTSF量產(chǎn)表現(xiàn)仍是未知數(shù)。很多新技術(shù)，往往在實(shí)驗(yàn)室能做出很好性能，量產(chǎn)驗(yàn)證時(shí)卻會(huì)出現(xiàn)很多問題。”李國(guó)孟至今清楚記得團(tuán)隊(duì)在產(chǎn)線上熬過的每一個(gè)不眠之夜。

　　數(shù)百次調(diào)整優(yōu)化后，團(tuán)隊(duì)再次聚集在產(chǎn)線前。“從下午一直到第二天清晨，我們疲憊不堪卻又興奮不已。”蔡明翰說(shuō)，大家都在焦急地等待再次調(diào)優(yōu)后的pTSF首片“新鮮出爐”。時(shí)針一分一秒轉(zhuǎn)動(dòng)，到凌晨5點(diǎn)多，首片順利下線流轉(zhuǎn)至測(cè)試環(huán)節(jié)。

　　“一個(gè)多小時(shí)的測(cè)試，對(duì)于大家而言就是一種煎熬。”李國(guó)孟說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)鴉雀無(wú)聲，甚至連呼吸聲都清晰可辨。測(cè)試儀表屏幕上數(shù)據(jù)不斷變化，最終穩(wěn)定在前所未見的新紀(jì)錄上。“我們成功了！”全場(chǎng)爆發(fā)出雷鳴般的歡呼。

　　2023年，維信諾在業(yè)內(nèi)率先完成基于pTSF技術(shù)的G4.5代線線源三源共蒸中試屏體驗(yàn)證；2024年，維信諾進(jìn)一步迭代pTSF技術(shù)，再次率先完成G6代線設(shè)備工藝改造與量產(chǎn)驗(yàn)證，良品率不斷提升；2025年第四季度，基于pTSF技術(shù)的屏幕實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并開始應(yīng)用在最新款國(guó)產(chǎn)旗艦機(jī)型上。

　　pTSF技術(shù)產(chǎn)業(yè)化牽引了國(guó)內(nèi)有機(jī)材料、蒸鍍?cè)O(shè)備等上下游產(chǎn)業(yè)的協(xié)同研發(fā)與驗(yàn)證，是對(duì)國(guó)內(nèi)顯示產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的一次整體提升，增強(qiáng)了我國(guó)新型顯示產(chǎn)業(yè)鏈的韌性與安全性。

　　面向未來(lái)，段煉表示：“我們將進(jìn)一步研發(fā)基于pTSF技術(shù)的紅光和藍(lán)光OLED，并持續(xù)提升綠光器件的效率、壽命和色純度，為后續(xù)產(chǎn)品迭代升級(jí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，持續(xù)擦亮‘中國(guó)屏’。”