Technologie OLED: Struktura, výroba a budoucí displeje

1.Strukturální základ: tanec přesného "sendviče" a elektronových děr

Podstatou OLED je organické polovodičové zařízení vyrobené z vícevrstvých funkčních vrstev, které jsou na sebe přesně naskládány:

• Substrát: Jako "základ" fyzické podpory se běžně používá pružný polyimid (PI) nebo pevné sklo.
• Anoda (např. oxid india a cínu ITO): průhledný vodič, do kterého se vstřikují díry (kladné náboje).
• Organická funkční vrstva (jádro): obvykle zahrnuje vrstvu pro injektáž děr (HIL), vrstvu pro transport děr (HTL), vrstvu vyzařující světlo (EML), vrstvu pro transport elektronů (ETL) a vrstvu pro injektáž elektronů (EIL). Materiály a tloušťka jednotlivých vrstev jsou optimalizovány na úrovni nanometrů.
• Katoda (např. slitina hořčíku a stříbra): vstřikuje elektrony (záporný náboj) a kovy s nízkou pracovní funkcí dosahují účinného vstřikování.

Luminiscenční tajemství: Po přivedení napětí jsou anodové díry a katodové elektrony vstřikovány odděleně a pod vlivem elektrického pole migrují směrem k sobě. Setkávají se a rekombinují ve světlo vyzařující vrstvě a uvolněná energie excituje luminiscenční molekuly, které při deexcitaci uvolňují energii ve formě fotonů - to je zdroj samovolné luminiscence OLED. Přesným řízením struktury energetických pásů různých luminiscenčních materiálů lze generovat základní barvy, jako je červená, zelená a modrá, a dosáhnout tak plnobarevného zobrazení (Autoritativní vysvětlení fyzikálních principů OLED od amerického ministerstva energetiky: https://www.energy.gov/eere/ssl/how-organic-leds-work).

2.Materiálová revoluce: průlom v barvě a účinnosti organických molekul

Výkonnostní skok OLED závisí na inovaci organických materiálů:

• Fluorescenční materiály: Materiály první generace mohou využívat pouze 25% singletových excitonů a horní hranice vnitřní kvantové účinnosti (IQE) je nízká.
• Fosforeskující materiály (např. iridiové komplexy): IQE může teoreticky dosáhnout 100%, což výrazně zvyšuje energetickou účinnost, zejména pro červené a zelené světlo.
• Tepelně aktivované materiály se zpožděnou fluorescencí (TADF): V tomto případě není zapotřebí žádných vzácných kovů, tripletové excitony jsou zachyceny pomocí zpětného mezisystémového křížení a je dosaženo téměř 100% IQE, což je považováno za novou generaci nízkonákladových a vysoce účinných řešení (Hloubková analýza materiálů TADF v časopise Nature: https://www.nature.com/articles/s41578-021-00339-3).
• Úzké hrdlo z modrého materiálu: Životnost a účinnost materiálů s modrým světlem stále zaostává za životností a účinností materiálů s červeným a zeleným světlem, a proto se na ně v současné době zaměřuje výzkum a vývoj. Potenciálním průlomem jsou kvantové tečky a technologie superfluorescence.

3.Výrobní proces: Umění nanopřesnosti a výzva hromadné výroby

Výroba OLED je vrcholem přesné výroby:

• Odpařování jemné kovové masky (FMM): Hlavní proces. Ve vakuové komoře se organický materiál zahřívá, aby sublimoval, a pára prochází mikropóry na jemné kovové masce (FMM) a je přesně nanesena na odpovídající pozici pixelu TFT substrátu. Roztahování, tepelná roztažnost a přesnost zarovnání FMM jsou hlavními problémy, které omezují masovou výrobu velkých rozměrů a vysokého PPI.
• Inkoustový tisk (IJP): Inkoustový tisk: nově vznikající technologie. Rozpuštěný organický materiál se nastříká na předem určené místo podkladu jako barva do tiskárny. Výhodou je vysoká využitelnost materiálu (>90%), vhodnost pro velké rozměry a není zapotřebí drahý FMM. Považuje se za hlavní cestu ke snížení nákladů na velkorozměrové OLED v budoucnosti. V současné době se výzkum zaměřuje na zlepšení výtěžnosti a tisk s vysokým rozlišením (Zpráva OLED-Info o pokroku v technologii inkoustového tisku: https://www.oled-info.com/inkjet-printed-oleds).
• Technologie zapouzdření: Aby se zabránilo korozi křehké organické vrstvy vodou a kyslíkem, je pro přísnou ochranu nutná tenkovrstvá enkapsulace (TFE) nebo skleněný kryt. Flexibilní OLED má extrémně vysoké požadavky na TFE.

4.Aplikace bloom: od extrémní vize k morfologické revoluci

Vlastnosti OLED umožňují různé scénáře použití:

• Špičkové mobilní displeje: iPhone řady Pro, vlajkové lodě Samsung Galaxy atd. používají OLED, který se stal standardem vlajkových lodí s velmi vysokým kontrastem, širokým barevným gamutem (DCI-P3), podporou HDR a úspornými vlastnostmi (černé pixely nevyzařují světlo). V roce 2023 překročí míra rozšíření panelů OLED pro mobilní telefony 45% (Shrnutí zprávy IDC o globálním trhu s mobilními displeji: https://www.idc.com/promo/smartphone-market-share).
• Televizní pole: Televizor WRGB OLED společnosti LG a televizor QD-OLED společnosti Samsung poskytují převratnou kvalitu obrazu. Samosvítící pixely přinášejí nekonečný kontrast a extrémní černé pole a pozorovací úhel je téměř dokonalý. Průměrná cena velkoformátových televizorů OLED stále klesá, což urychluje jejich popularizaci.
• Flexibilní/skládací displej: Díky flexibilním substrátům PI lze obrazovku ohýbat, skládat, a dokonce i kroutit. Řada Samsung Galaxy Z Fold/Flip a řada Huawei Mate X vedou trend mobilních telefonů se skládací obrazovkou a koncepční telefony OPPO se svinovací obrazovkou rozšiřují hranice tvaru.
• Nově vznikající obory: Průhledné OLED (použití pro okenní displeje a displeje v automobilovém průmyslu), OLED osvětlení (ultratenký povrchový zdroj světla s nastavitelnou barevnou teplotou), nositelná zařízení (obrazovky speciálního tvaru se hodí k zakřiveným povrchům) a VR/AR (ultravysoká obnovovací frekvence, nízká latence) pokračují ve zkoumání možností.

5.Budoucí trendy: transparentnost, roztažitelnost a širší zorné pole

Technologie OLED se stále rozšiřuje:

• Průhledný OLED: V kombinaci s funkcemi zobrazení a perspektivy se používá v chytrých oknech, čelních sklech s rozšířenou realitou (např. koncepční vozy BMW) a průhledných televizorech (LG Signature OLED T), které vytvářejí zážitek z virtuální a reálné fúze (Každoroční výhled SID Display Week na technologii transparentních displejů: https://www.sid.org).
• Roztažitelný OLED: Pomocí elastických substrátů a speciálních materiálů elektrod a luminiscenčních vrstev lze dosáhnout roztažení obrazovky (deformace >30%), což představuje revoluční interaktivní rozhraní pro nositelnou elektroniku a bionická zařízení.
• Zrychlení hromadné výroby tištěných OLED: JOLED (reorganizovaná), TCL Huaxing, BOE atd. aktivně zavádějí technologii tisku, aby podpořily snížení nákladů na velkoformátové OLED a proniknutí na trh. Očekává se, že podíl tištěných OLED se v roce 2030 výrazně zvýší (Zpráva o prognóze tras zobrazovací technologie DSCC: https://www.displaysupplychain.com).
• Efektivita a zlepšení života: Průběžná optimalizace materiálů pro modré světlo, struktury zařízení (vrstvené OLED) a technologie extrakce světla dále zlepší energetickou účinnost a životnost výrobku.

---

Shrnutí:

Technologie OLED díky své jedinečné "sendvičové" struktuře realizuje přesné setkání elektronů a děr na organické molekulární úrovni, čímž uvolňuje čisté světlo. Od neustálých průlomů v chemii materiálů až po přesnou konkurenci mezi procesy odpařování a tisku, od vizuální revoluce obrazovek mobilních telefonů až po ohromující vzhled skládacích a průhledných forem, OLED překonala pouhé zobrazovací médium a stala se hlavní silou při utváření budoucí digitální formy života. S tím, jak technologie tisku snižuje náklady a transparentní a roztažitelné formy nadále rozšiřují hranice použití, bude OLED i nadále vést hlubokou transformaci zobrazovací technologie a osvětlovat budoucí obraz interakce člověka s informacemi v širším rozměru.