OLED-teknologi: Struktur, fremstilling og fremtidige skærme

1. strukturel hjørnesten: dansen mellem præcisions-"sandwich" og elektronhuller

Essensen af OLED er en organisk halvlederenhed lavet af funktionelle film i flere lag, der er præcist stablet:

• Underlag: Som "fundament" for den fysiske støtte bruges ofte fleksibelt polyimid (PI) eller stift glas.
• Anode (f.eks. indiumtinoxid ITO): En gennemsigtig leder, der tilfører huller (positive ladninger).
• Organisk funktionslag (kerne): omfatter normalt hulinjektionslag (HIL), hultransportlag (HTL), lysemitterende lag (EML), elektrontransportlag (ETL) og elektroninjektionslag (EIL). Materialerne og tykkelsen af hvert lag er optimeret på nanometerniveau.
• Katode (f.eks. magnesium-sølv-legering): tilfører elektroner (negativ ladning), og metaller med lav arbejdsfunktion opnår effektiv tilførsel.

Luminescensens hemmelighed: Når der sættes spænding på, injiceres anodehuller og katodeelektroner hver for sig og vandrer mod hinanden under påvirkning af det elektriske felt. De mødes og rekombinerer i det lysemitterende lag, og den frigjorte energi ophidser de selvlysende molekyler, som frigiver energi i form af fotoner, når de ophidses - dette er kilden til OLED's selvlysende egenskaber. Ved præcist at kontrollere energibåndstrukturen i forskellige selvlysende materialer kan grundfarver som rød, grøn og blå genereres for at opnå fuldfarveskærm (Autoritativ forklaring af de fysiske principper for OLED fra det amerikanske energiministerium: https://www.energy.gov/eere/ssl/how-organic-leds-work).

2. materialerevolution: gennembrud for organiske molekylers farve og effektivitet

OLED-ydelsesspring afhænger af innovation inden for organisk materiale:

• Fluorescerende materialer: Førstegenerationsmaterialer kan kun udnytte 25% af singlet excitoner, og den øvre grænse for intern kvanteeffektivitet (IQE) er lav.
• Fosforescerende materialer (såsom iridiumkomplekser): Banebrydende udnyttelse af triplet-excitoner, teoretisk kan IQE nå 100%, hvilket i høj grad forbedrer energieffektiviteten, især for rødt og grønt lys.
• Termisk aktiverede materialer med forsinket fluorescens (TADF): Der kræves ingen ædelmetaller, triplet-excitoner indfanges gennem omvendt intersystem-krydsning, og der opnås næsten 100% IQE, hvilket betragtes som den næste generation af billige og højeffektive løsninger (Dybdegående analyse af TADF-materialer i magasinet Nature: https://www.nature.com/articles/s41578-021-00339-3).
• Flaskehals for blåt materiale: Levetiden og effektiviteten af materialer med blåt lys halter stadig bagefter det røde og grønne lys, og det er det nuværende forsknings- og udviklingsfokus. Kvanteprikker og superfluorescens-teknologi er potentielle gennembrud.

3. fremstillingsprocessen: Kunsten at opnå præcision på nanoniveau og udfordringen ved masseproduktion

OLED-produktion er det ypperste inden for præcisionsfremstilling:

• Fordampning af fine metalmasker (FMM): Mainstream-proces. I et vakuumkammer opvarmes det organiske materiale for at sublimere, og dampen passerer gennem mikroporerne på den fine metalmaske (FMM) og aflejres nøjagtigt på den tilsvarende pixelposition på TFT-substratet. Strækningen, den termiske udvidelse og justeringsnøjagtigheden af FMM er de vigtigste vanskeligheder, der begrænser masseproduktionen af stor størrelse og høj PPI.
• Blækstråleudskrivning (IJP): En ny teknologi. Det opløste organiske materiale sprøjtes på den forudbestemte position på underlaget som printerblæk. Fordelene er høj materialeudnyttelse (>90%), velegnet til store størrelser, og der kræves ingen dyr FMM. Det betragtes som den vigtigste vej til omkostningsreduktion for OLED i stor størrelse i fremtiden. Forbedring af udbyttet og udskrivning i høj opløsning er de nuværende forskningsfokuser (OLED-Infos sporingsrapport om fremskridt inden for inkjet-printteknologi: https://www.oled-info.com/inkjet-printed-oleds).
• Indkapslingsteknologi: For at forhindre vand og ilt i at korrodere det skrøbelige organiske lag kræves der tyndfilmindkapsling (TFE) eller glasafdækning for streng beskyttelse. Fleksibel OLED har ekstremt høje krav til TFE.

4.Application bloom: fra ekstrem vision til morfologisk revolution

OLED's egenskaber giver anledning til forskellige anvendelsesscenarier:

• High-end mobilskærm: iPhone Pro-serien, Samsung Galaxy-flagskib osv. bruger OLED, som er blevet flagskibsstandarden med ultrahøj kontrast, bred farveskala (DCI-P3), HDR-understøttelse og strømbesparende egenskaber (sorte pixels udsender ikke lys). I 2023 vil dækningsgraden for OLED-mobiltelefonpaneler overstige 45% (Resumé af IDC's rapport om det globale marked for mobile skærme: https://www.idc.com/promo/smartphone-market-share).
• TV-feltet: LG's WRGB OLED TV og Samsungs QD-OLED TV giver en banebrydende billedkvalitet. Selvlysende pixels giver uendelig kontrast og ekstremt sort felt, og betragtningsvinklen er næsten perfekt. Gennemsnitsprisen på store OLED-tv'er fortsætter med at falde, hvilket fremskynder populariseringen.
• Fleksibel/foldbar skærm: Fleksible PI-substrater gør skærmen bøjelig, foldbar og endda krøllet. Samsung Galaxy Z Fold/Flip-serien og Huawei Mate X-serien fører an i trenden med mobiltelefoner med foldbar skærm, og OPPO-koncepttelefoner med rulleskærm udvider grænserne for form.
• Nye områder: Transparent OLED (anvendes til vindues- og bilskærme), OLED-belysning (ultratynd lyskilde med justerbar farvetemperatur), bærbare enheder (specialformede skærme, der passer til buede overflader) og VR/AR (ultrahøj opdateringshastighed, lav latenstid) udforsker fortsat mulighederne.

5. fremtidige trends: gennemsigtig, strækbar og bredere vision

OLED-teknologien fortsætter med at vokse:

• Gennemsigtig OLED: Med en transmission på over 40%, kombineret med display- og perspektivfunktioner, bruges det i smarte vinduer, augmented reality-forruder (såsom BMW-konceptbiler) og gennemsigtige tv'er (LG Signature OLED T), hvilket skaber en virtuel-reel fusionsoplevelse (SID Display Weeks årlige oversigt over gennemsigtig skærmteknologi: https://www.sid.org).
• Strækbar OLED: Brug af elastiske substrater og særlige elektrode-/lysematerialer til at opnå strækdeformation af skærmen (>30%-deformation), hvilket giver en revolutionerende interaktiv grænseflade til bærbar elektronik og bioniske enheder.
• Masseproduktion af trykt OLED accelereres: JOLED (omorganiseret), TCL Huaxing, BOE osv. anvender aktivt trykteknologi for at fremme OLED-omkostningsreduktion og markedsindtrængning i stor størrelse. Det forventes, at andelen af trykte OLED vil stige markant i 2030 (DSCC Display Technology Route Forecast Report: https://www.displaysupplychain.com).
• Forbedring af effektivitet og levetid: Kontinuerlig optimering af blålys-materialer, enhedsstruktur (lamineret OLED) og lysudvindingsteknologi vil yderligere forbedre energieffektiviteten og produktets levetid.

---

Resumé:

OLED-teknologien realiserer gennem sin unikke "sandwich"-struktur det præcise møde mellem elektroner og huller på det organiske molekylære niveau og frigiver derved rent lys. Fra de kontinuerlige gennembrud inden for materialekemi til den præcise konkurrence mellem fordampnings- og printprocesser, fra den visuelle revolution af mobiltelefonskærme til det fantastiske udseende af foldbare og gennemsigtige former, har OLED overgået det simple displaymedie og er blevet den centrale kraft i udformningen af fremtidens digitale livsform. Efterhånden som printteknologien nedbringer omkostningerne, og gennemsigtige og strækbare former fortsætter med at udvide anvendelsesgrænserne, vil OLED fortsætte med at lede den dybtgående transformation af skærmteknologi og belyse det fremtidige billede af menneskelig interaktion med information i en bredere dimension.