OLED технология: Структура, производство и бъдещи дисплеи

1.Структурен крайъгълен камък: танцът на прецизния "сандвич" и електронните дупки

Същността на OLED е органично полупроводниково устройство, изработено от прецизно подредени многослойни функционални филми:

• Субстрат: Като "основа" на физическата поддръжка обикновено се използва гъвкав полиамид (PI) или твърдо стъкло.
• Анод (например индиево-калаен оксид ITO): прозрачен проводник, който вкарва дупки (положителни заряди).
• Органичен функционален слой (ядро): обикновено включва слой за впръскване на дупки (HIL), слой за пренос на дупки (HTL), светлоизлъчващ слой (EML), слой за пренос на електрони (ETL) и слой за впръскване на електрони (EIL). Материалите и дебелината на всеки слой се оптимизират на нанометрово ниво.
• Катод (например магнезиево-сребърна сплав): инжектира електрони (отрицателен заряд), а металите с ниска работна функция постигат ефективно инжектиране.

Тайната на луминесценцията: Когато се приложи напрежение, анодните дупки и катодните електрони се инжектират поотделно и мигрират един към друг под въздействието на електрическото поле. Те се срещат и рекомбинират в светлоизлъчващия слой, а освободената енергия възбужда луминесцентните молекули, които освобождават енергия под формата на фотони, когато се развъзбудят - това е източникът на самосветкавицата на OLED. Чрез прецизно управление на структурата на енергийната лента на различните луминесцентни материали могат да се генерират основни цветове като червен, зелен и син, за да се постигне пълноцветен дисплей (Авторитетно обяснение на физичните принципи на OLED от Министерството на енергетиката на САЩ: https://www.energy.gov/eere/ssl/how-organic-leds-work).

2.Material революция: цвят и ефективност пробив на органични молекули

Скокът в производителността на OLED зависи от иновациите в органичните материали:

• Флуоресцентни материали: Материалите от първо поколение могат да използват само 25% синглетни екситони, а горната граница на вътрешната квантова ефективност (IQE) е ниска.
• Фосфоресциращи материали (като иридиеви комплекси): Теоретично IQE може да достигне 100%, което значително подобрява енергийната ефективност, особено за червена и зелена светлина.
• Термично активирани материали със забавена флуоресценция (TADF): Не са необходими благородни метали, триплетните екситони се улавят чрез обратно междусистемно пресичане и се постига почти 100% IQE, което се счита за следващо поколение евтини и високоефективни решения (Задълбочен анализ на материалите TADF в списание Nature: https://www.nature.com/articles/s41578-021-00339-3).
• Синя материя на гърба: Продължителността на живота и ефективността на материалите със синя светлина все още изостават от тези с червена и зелена светлина и в момента са в центъра на вниманието на научноизследователската и развойната дейност. Квантовите точки и технологията за суперфлуоресценция са потенциални пробиви.

3.Производствен процес: Изкуството на нано-прецизността и предизвикателството на масовото производство

Производството на OLED е върхът на прецизното производство:

• Изпаряване на фина метална маска (FMM): Основен процес. Във вакуумна камера органичният материал се нагрява, за да сублимира, и парите преминават през микропорите на фината метална маска (FMM) и се отлагат точно върху съответната позиция на пиксела на TFT субстрата. Разтягането, термичното разширение и точността на подравняване на FMM са основните трудности, които ограничават масовото производство на големи размери и висок PPI.
• Мастиленоструен печат (IJP): нововъзникваща технология. Разтвореният органичен материал се разпръсква върху предварително определеното място на субстрата като мастило за принтер. Предимствата са високо използване на материала (>90%), подходящ за големи размери и не се изисква скъп FMM. Това се счита за основен начин за намаляване на разходите за OLED с големи размери в бъдеще. Повишаването на добива и отпечатването с висока разделителна способност са акцентите в настоящите изследвания (Доклад на OLED-Info за проследяване на напредъка на технологията за мастиленоструен печат: https://www.oled-info.com/inkjet-printed-oleds).
• Технология за капсулиране: За да се предотврати разяждането на крехкия органичен слой от вода и кислород, се изисква капсулиране на тънък филм (TFE) или стъклено покритие за строга защита. Гъвкавите OLED имат изключително високи изисквания към TFE.

4.Приложение bloom: от екстремна визия до морфологична революция

Характеристиките на OLED дават възможност за разнообразни сценарии на приложение:

• Дисплей за мобилни устройства от висок клас: серията iPhone Pro, флагманът Samsung Galaxy и др. използват OLED, който се превърна във водещ стандарт с изключително висок контраст, широка цветова гама (DCI-P3), поддръжка на HDR и характеристики за пестене на енергия (черните пиксели не излъчват светлина). През 2023 г. степента на навлизане на OLED панели за мобилни телефони ще надхвърли 45% (Резюме на доклада за глобалния пазар на мобилни дисплеи на IDC: https://www.idc.com/promo/smartphone-market-share).
• Телевизионно поле: OLED телевизорът WRGB на LG и QD-OLED телевизорът на Samsung осигуряват преломно качество на картината. Самосветящите се пиксели осигуряват безкраен контраст и изключително черно поле, а ъгълът на видимост е почти перфектен. Средната цена на OLED телевизорите с голям размер продължава да пада, което ускорява популяризирането им.
• Гъвкав/сгъваем дисплей: Гъвкавите PI субстрати правят екрана огъваем, сгъваем и дори навит. Серията Samsung Galaxy Z Fold/Flip и серията Huawei Mate X са водещи в тенденцията на мобилните телефони със сгъваем екран, а концептуалните телефони с навиващ се екран на OPPO разширяват границите на формата.
• Нововъзникващи области: Прозрачните OLED (прилагат се за дисплеи за прозорци и автомобилни дисплеи), OLED осветлението (свръхтънък повърхностен източник на светлина с регулируема цветна температура), носимите устройства (екрани със специална форма, подходящи за извити повърхности) и VR/AR (свръхвисока честота на опресняване, ниска латентност) продължават да проучват възможностите.

5.Бъдещи тенденции: прозрачност, разтегливост и по-широка визия

OLED технологията продължава да се развива:

• Прозрачен OLED: С пропускливост над 40%, съчетана с функции за показване и перспектива, тя се използва в интелигентни прозорци, предни стъкла с добавена реалност (като концептуалните автомобили на BMW) и прозрачни телевизори (LG Signature OLED T), създаващи виртуално-реално сливане (Годишната прогноза на SID Display Week за технологията за прозрачни дисплеи: https://www.sid.org).
• Разтегателен OLED: Използване на еластични субстрати и специални материали за електроди/луминисцентни слоеве за постигане на деформация при разтягане на екрана (>30% деформация), което осигурява революционен интерактивен интерфейс за носима електроника и бионични устройства.
• Ускорено масово производство на печатни OLED: JOLED (реорганизирана), TCL Huaxing, BOE и др. активно прилагат технологията за печат, за да насърчат намаляването на разходите и навлизането на пазара на OLED с големи размери. Очаква се делът на отпечатаните OLED ще се увеличи значително през 2030 г. (Доклад за прогнозата за маршрута на DSCC Display Technology: https://www.displaysupplychain.com).
• Ефективност и подобряване на живота: Непрекъснатото оптимизиране на материалите за синя светлина, структурата на устройството (ламиниран OLED) и технологията за извличане на светлина ще подобри допълнително енергийната ефективност и живота на продукта.

---

Резюме:

OLED технологията, благодарение на своята уникална "сандвич" структура, осъществява прецизна среща на електрони и дупки на органично молекулярно ниво, като по този начин освобождава чиста светлина. От непрекъснатите пробиви в химията на материалите до прецизното съревнование между процесите на изпаряване и печат, от визуалната революция на екраните на мобилните телефони до зашеметяващия вид на сгъваемите и прозрачни форми, OLED надхвърли обикновеното средство за показване и се превърна в основна сила при оформянето на бъдещата форма на цифров живот. Тъй като технологията за печат намалява разходите, а прозрачните и разтегливи форми продължават да разширяват границите на приложение, OLED ще продължи да води дълбоката трансформация на технологията за дисплеи и ще осветява бъдещата картина на човешкото взаимодействие с информацията в по-широки измерения.