تقنية OLED: الهيكل والتصنيع والشاشات المستقبلية

1- حجر الزاوية البنيوي: رقصة "الشطيرة" الدقيقة وثقوب الإلكترونات

إن جوهر OLED عبارة عن جهاز شبه موصل عضوي مصنوع من أغشية وظيفية متعددة الطبقات مكدسة بدقة:

• الركيزة: "كأساس" للدعم المادي، يشيع استخدام البوليميد المرن (PI) أو الزجاج الصلب.
• الأنود (مثل أكسيد قصدير الإنديوم ITO): موصل شفاف يحقن ثقوبًا (شحنات موجبة).
• الطبقة الوظيفية العضوية (الأساسية): تتضمن عادةً طبقة حقن الثقب (HIL)، وطبقة نقل الثقب (HTL)، وطبقة انبعاث الضوء (EML)، وطبقة نقل الإلكترون (ETL)، وطبقة حقن الإلكترون (EIL). يتم تحسين مواد وسمك كل طبقة على مستوى النانومتر.
• القطب السالب (مثل سبيكة المغنيسيوم والفضة): تقوم بحقن الإلكترونات (الشحنة السالبة)، وتحقق المعادن ذات دالة الشغل المنخفضة حقنًا فعالاً.

سر التلألؤ: عندما يتم تطبيق الجهد الكهربائي، يتم حقن ثقوب الأنود وإلكترونات الكاثود بشكل منفصل وتهاجر نحو بعضها البعض تحت تأثير المجال الكهربائي. تلتقيان وتعيدان الاتحاد في الطبقة الباعثة للضوء، وتثير الطاقة المنبعثة جزيئات الإنارة التي تطلق الطاقة على شكل فوتونات عند إزالة الإثارة - وهذا هو مصدر التلألؤ الذاتي لشاشة OLED. ومن خلال التحكم الدقيق في بنية نطاق الطاقة لمواد الإنارة المختلفة، يمكن توليد الألوان الأساسية مثل الأحمر والأخضر والأزرق لتحقيق عرض كامل الألوان (شرح موثوق للمبادئ الفيزيائية لتقنية OLED من قبل وزارة الطاقة الأمريكية: https://www.energy.gov/eere/ssl/how-organic-leds-work).

2- ثورة المواد: اختراق لون وكفاءة الجزيئات العضوية

تعتمد قفزة أداء OLED على ابتكار المواد العضوية:

• المواد الفلورية: لا يمكن لمواد الجيل الأول الاستفادة إلا من 25% من الإكسيتونات المنفردة فقط، والحد الأعلى للكفاءة الكمية الداخلية (IQE) منخفض.
• المواد الفسفورية (مثل مجمعات الإيريديوم): الاستخدام الخارق للإكسيتونات الثلاثية، يمكن نظريًا أن يصل معدل الذكاء النظري إلى 100%، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة الطاقة، خاصة للضوء الأحمر والأخضر.
• مواد الفلورة المتأخرة المنشطة حرارياً (TADF): لا توجد حاجة إلى معادن ثمينة، ويتم التقاط الإكسيتونات الثلاثية من خلال التقاطع العكسي بين الأنظمة، ويتم تحقيق ما يقرب من 100% IQE، وهو ما يعتبر الجيل التالي من الحلول منخفضة التكلفة وعالية الكفاءة (تحليل متعمق لمواد TADF في مجلة Nature: https://www.nature.com/articles/s41578-021-00339-3).
• عنق زجاجة المواد الزرقاء: لا يزال عمر وكفاءة مواد الضوء الأزرق متخلفة عن تلك الخاصة بالضوء الأحمر والأخضر، وهي محور البحث والتطوير الحالي. وتعتبر النقاط الكمية وتكنولوجيا التألق الفائق من الإنجازات المحتملة.

3- عملية التصنيع: فن الدقة المتناهية الصغر وتحدي الإنتاج الضخم

يُعد إنتاج OLED ذروة التصنيع الدقيق:

• تبخير القناع المعدني الدقيق (FMM): العملية السائدة. في غرفة تفريغ الهواء، يتم تسخين المادة العضوية لتتسامى، ويمر البخار عبر المسامات الدقيقة على القناع المعدني الدقيق (FMM) ويتم ترسيبه بدقة على موضع البكسل المقابل في ركيزة ترانزستور الترانزستور الرقيق. ويشكل التمدد والتمدد الحراري ودقة المحاذاة للقناع المعدني الدقيق (FMM) الصعوبات الرئيسية التي تحد من الإنتاج الضخم ذي الحجم الكبير وواجهة PPI العالية.
• الطباعة النافثة للحبر (IJP): تقنية ناشئة. يتم رش المواد العضوية المذابة على موضع محدد مسبقًا من الركيزة مثل حبر الطابعة. وتتمثل مزاياها في الاستخدام العالي للمواد (>90%)، وهي مناسبة للحجم الكبير، ولا تتطلب استخدام FMM باهظ الثمن. ويعتبر المسار الأساسي لتخفيض تكلفة تقنية OLED كبيرة الحجم في المستقبل. إن تحسين الإنتاجية والطباعة عالية الدقة هما محور تركيز الأبحاث الحالية (تقرير تتبع تقرير OLED-Info حول تقدم تكنولوجيا الطباعة النافثة للحبر: https://www.oled-info.com/inkjet-printed-oleds).
• تقنية التغليف: لمنع تآكل الماء والأكسجين من تآكل الطبقة العضوية الهشة، يلزم تغليف الطبقة الرقيقة (TFE) أو الغطاء الزجاجي لتوفير حماية صارمة. تتميز تقنية OLED المرنة بمتطلبات عالية للغاية لـ TFE.

4- ازدهار التطبيق: من الرؤية المتطرفة إلى الثورة المورفولوجية

تؤدي خصائص OLED إلى سيناريوهات تطبيق متنوعة:

• شاشات عرض الهواتف المحمولة المتطورة: تستخدم سلسلة هواتف iPhone Pro و Samsung Galaxy الرائدة وغيرها شاشة OLED، والتي أصبحت معيارًا رائدًا مع تباين فائق وتدرج لوني واسع (DCI-P3) ودعم HDR وخصائص توفير الطاقة (وحدات البكسل السوداء لا تنبعث منها إضاءة). في عام 2023، سيتجاوز معدل انتشار لوحات OLED للهواتف المحمولة 45% (ملخص تقرير شركة IDC العالمية لشاشات العرض المتنقلة العالمية: https://www.idc.com/promo/smartphone-market-share).
• مجال التلفزيون: يوفر تلفزيون WRGB OLED من إل جي وتلفزيون QD-OLED من سامسونج جودة صورة مذهلة. وتوفر وحدات البكسل ذاتية الإضاءة تباينًا لا نهائيًا ومجالاً أسود شديد السواد، كما أن زاوية المشاهدة مثالية تقريبًا. يستمر متوسط سعر تلفزيونات OLED كبيرة الحجم في الانخفاض، مما يسرّع من انتشارها.
• شاشة مرنة/قابلة للطي: ركائز PI المرنة تجعل الشاشة قابلة للانحناء والطي وحتى التجعيد. تتصدر سلسلة Samsung Galaxy Z Fold/Flip من سامسونج وسلسلة Huawei Mate X اتجاه الهواتف المحمولة ذات الشاشة القابلة للطي، وتوسع هواتف OPPO ذات الشاشة القابلة للطي حدود الشكل.
• المجالات الناشئة: تستمر شاشات OLED الشفافة (المطبقة في شاشات العرض على النوافذ وشاشات عرض السيارات)، وإضاءة OLED (مصدر إضاءة سطحية فائقة النحافة وقابلة للتعديل في درجة حرارة اللون)، والأجهزة القابلة للارتداء (شاشات ذات شكل خاص تناسب الأسطح المنحنية) والواقع الافتراضي/الواقع المعزز (معدل تحديث فائق الارتفاع، ووقت استجابة منخفض) في استكشاف الإمكانيات.

5- الاتجاهات المستقبلية: رؤية شفافة وقابلة للتمدد وأوسع نطاقاً

تستمر تقنية OLED في التوسع:

• شفاف OLED: مع نفاذية تزيد عن 40%، بالإضافة إلى وظائف العرض والمنظور، يتم استخدامه في النوافذ الذكية، والزجاج الأمامي للواقع المعزز (مثل سيارات BMW النموذجية)، وأجهزة التلفاز الشفافة (LG Signature OLED T)، مما يخلق تجربة اندماج افتراضية واقعية (التوقعات السنوية لأسبوع العرض SID Display Week حول تكنولوجيا شاشات العرض الشفافة: https://www.sid.org).
• شاشات OLED القابلة للتمدد: استخدام ركائز مرنة ومواد خاصة لطبقة القطب الكهربائي/الإضاءة لتحقيق تشوه تمدد الشاشة (>30% تشوه)، مما يوفر واجهة تفاعلية ثورية للإلكترونيات القابلة للارتداء والأجهزة الإلكترونية الإلكترونية.
• تسارع الإنتاج الضخم لشاشات OLED المطبوعة: تعمل كل من JOLED (التي أعيد تنظيمها) وTCL Huaxing وBOE وغيرها من الشركات على نشر تكنولوجيا الطباعة بنشاط لتعزيز خفض تكلفة OLED كبيرة الحجم واختراق السوق. من المتوقع أن تكون حصة الطباعة OLED ستزداد بشكل كبير في عام 2030 (تقرير تنبؤات مسار تكنولوجيا العرض DSCC: https://www.displaysupplychain.com).
• تحسين الكفاءة والعمر الافتراضي: سيؤدي التحسين المستمر لمواد الضوء الأزرق، وهيكل الجهاز (OLED المصفح)، وتقنية استخلاص الضوء إلى تحسين كفاءة الطاقة وعمر المنتج.

---

الملخص:

تحقق تقنية OLED، من خلال هيكلها "الشطري" الفريد من نوعه، التقاء الإلكترونات والثقوب بدقة على المستوى الجزيئي العضوي، وبالتالي إطلاق ضوء نقي. من الاختراقات المستمرة في كيمياء المواد إلى المنافسة الدقيقة بين عمليات التبخير والطباعة، ومن الثورة البصرية لشاشات الهواتف المحمولة إلى المظهر المذهل للأشكال القابلة للطي والشفافة، تجاوزت تقنية OLED وسيط العرض البسيط وأصبحت القوة الأساسية في تشكيل شكل الحياة الرقمية المستقبلية. وبينما تعمل تكنولوجيا الطباعة على خفض التكاليف وتستمر الأشكال الشفافة والقابلة للتمدد في توسيع حدود التطبيقات، ستستمر تقنية OLED في قيادة التحول العميق لتكنولوجيا العرض وإلقاء الضوء على الصورة المستقبلية لتفاعل الإنسان مع المعلومات في بُعد أوسع.