Τεχνολογία OLED: OLED: Δομή, κατασκευή & μελλοντικές οθόνες

1.Δομικός ακρογωνιαίος λίθος: ο χορός του "σάντουιτς" ακριβείας και των οπών ηλεκτρονίων

Η ουσία των OLED είναι μια οργανική συσκευή ημιαγωγών κατασκευασμένη από λειτουργικά φιλμ πολλαπλών στρωμάτων που στοιβάζονται με ακρίβεια:

• Υπόστρωμα: (PI) ή άκαμπτο γυαλί χρησιμοποιείται συνήθως.
• Άνοδος (όπως το οξείδιο κασσίτερου ινδίου ITO): ένας διαφανής αγωγός που εισάγει οπές (θετικά φορτία).
• Οργανικό λειτουργικό στρώμα (πυρήνας): συνήθως περιλαμβάνει στρώμα έγχυσης οπών (HIL), στρώμα μεταφοράς οπών (HTL), στρώμα εκπομπής φωτός (EML), στρώμα μεταφοράς ηλεκτρονίων (ETL) και στρώμα έγχυσης ηλεκτρονίων (EIL). Τα υλικά και το πάχος κάθε στρώματος βελτιστοποιούνται σε επίπεδο νανομέτρου.
• Κάθοδος (όπως κράμα μαγνησίου-αργύρου): εγχέει ηλεκτρόνια (αρνητικό φορτίο), και τα μέταλλα με χαμηλή λειτουργία έργου επιτυγχάνουν αποτελεσματική έγχυση.

Μυστικό φωταύγειας: Όταν εφαρμόζεται τάση, οι οπές της ανόδου και τα ηλεκτρόνια της καθόδου εγχέονται χωριστά και μεταναστεύουν η μία προς την άλλη υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου. Συναντώνται και επανασυνδέονται στο στρώμα εκπομπής φωτός και η απελευθερούμενη ενέργεια διεγείρει τα φωσφορίζοντα μόρια, τα οποία απελευθερώνουν ενέργεια με τη μορφή φωτονίων όταν αποδιεγείρονται - αυτή είναι η πηγή του αυτοφωτισμού των OLED. Με τον ακριβή έλεγχο της δομής των ενεργειακών ζωνών των διαφόρων φωσφορίζοντων υλικών, μπορούν να παραχθούν βασικά χρώματα όπως το κόκκινο, το πράσινο και το μπλε, ώστε να επιτευχθεί η εμφάνιση πλήρους χρώματος (Αυθεντική εξήγηση των φυσικών αρχών των OLED από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ: https://www.energy.gov/eere/ssl/how-organic-leds-work).

2.Material επανάσταση: χρώμα και αποτελεσματικότητα των οργανικών μορίων

Το άλμα απόδοσης των OLED εξαρτάται από την καινοτομία των οργανικών υλικών:

• Φθορίζοντα υλικά: Τα υλικά πρώτης γενιάς μπορούν να αξιοποιήσουν μόνο 25% των singlet excitons και το ανώτατο όριο της εσωτερικής κβαντικής απόδοσης (IQE) είναι χαμηλό.
• Φωσφορίζοντα υλικά (όπως σύμπλοκα ιριδίου): IQE μπορεί θεωρητικά να φτάσει τα 100%, βελτιώνοντας σημαντικά την ενεργειακή απόδοση, ειδικά για το κόκκινο και το πράσινο φως.
• Υλικά θερμικά ενεργοποιημένου καθυστερημένου φθορισμού (TADF): Δεν απαιτούνται πολύτιμα μέταλλα, τα τριπλέτα εξιτόνια συλλαμβάνονται μέσω αντίστροφης διασυστηματικής διασταύρωσης και επιτυγχάνεται σχεδόν 100% IQE, το οποίο θεωρείται ως η επόμενη γενιά λύσεων χαμηλού κόστους και υψηλής απόδοσης (Λεπτομερής ανάλυση των υλικών TADF στο περιοδικό Nature: https://www.nature.com/articles/s41578-021-00339-3).
• Μπλε υλικό λαιμόκοψη: Η διάρκεια ζωής και η αποδοτικότητα των υλικών μπλε φωτός εξακολουθούν να υστερούν σε σχέση με εκείνα του κόκκινου και του πράσινου φωτός και είναι το επίκαιρο σημείο εστίασης της έρευνας και της ανάπτυξης. Οι κβαντικές τελείες και η τεχνολογία υπερφθορισμού αποτελούν δυνητικές ανακαλύψεις.

3: και η πρόκληση της μαζικής παραγωγής

Η παραγωγή OLED είναι το αποκορύφωμα της κατασκευής ακριβείας:

• Εξάτμιση με λεπτή μεταλλική μάσκα (FMM): FMM: Κύρια διαδικασία. Σε θάλαμο κενού, το οργανικό υλικό θερμαίνεται για να υποστεί εξάτμιση και ο ατμός περνά μέσα από τους μικροπόρους της μάσκας λεπτού μετάλλου (FMM) και εναποτίθεται με ακρίβεια στην αντίστοιχη θέση εικονοστοιχείου του υποστρώματος TFT. Το τέντωμα, η θερμική διαστολή και η ακρίβεια ευθυγράμμισης της FMM είναι οι βασικές δυσκολίες που περιορίζουν τη μαζική παραγωγή μεγάλου μεγέθους και υψηλού PPI.
• Εκτύπωση inkjet (IJP): Τυπική εκτύπωση: Αναδυόμενη τεχνολογία. Το διαλυμένο οργανικό υλικό ψεκάζεται στην προκαθορισμένη θέση του υποστρώματος όπως το μελάνι του εκτυπωτή. Τα πλεονεκτήματα είναι η υψηλή αξιοποίηση του υλικού (>90%), κατάλληλο για μεγάλο μέγεθος και δεν απαιτείται ακριβό FMM. Θεωρείται η βασική οδός για τη μείωση του κόστους των OLED μεγάλου μεγέθους στο μέλλον. Η βελτίωση της απόδοσης και η εκτύπωση υψηλής ανάλυσης είναι οι τρέχουσες ερευνητικές προτεραιότητες (Η έκθεση παρακολούθησης της OLED-Info σχετικά με την πρόοδο της τεχνολογίας εκτύπωσης inkjet: https://www.oled-info.com/inkjet-printed-oleds).
• Τεχνολογία ενθυλάκωσης: Για να αποφευχθεί η διάβρωση του εύθραυστου οργανικού στρώματος από το νερό και το οξυγόνο, απαιτείται ενθυλάκωση λεπτού φιλμ (TFE) ή γυάλινο κάλυμμα για αυστηρή προστασία. Οι εύκαμπτες OLED έχουν εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις για το TFE.

4.Application bloom: από την ακραία όραση στη μορφολογική επανάσταση

Τα χαρακτηριστικά των OLED δημιουργούν ποικίλα σενάρια εφαρμογών:

• Οθόνη κινητών τηλεφώνων υψηλών προδιαγραφών: η σειρά iPhone Pro, η ναυαρχίδα Samsung Galaxy κ.λπ. χρησιμοποιούν OLED, η οποία έχει γίνει το πρότυπο της ναυαρχίδας με εξαιρετικά υψηλή αντίθεση, ευρεία γκάμα χρωμάτων (DCI-P3), υποστήριξη HDR και χαρακτηριστικά εξοικονόμησης ενέργειας (τα μαύρα pixel δεν εκπέμπουν φως). Το 2023, το ποσοστό διείσδυσης των πάνελ κινητών τηλεφώνων OLED θα ξεπεράσει τα 45% (Περίληψη της έκθεσης IDC Global Mobile Display Market Report: https://www.idc.com/promo/smartphone-market-share).
• Τηλεοπτικό πεδίο: Η τηλεόραση WRGB OLED της LG και η τηλεόραση QD-OLED της Samsung παρέχουν ανατρεπτική ποιότητα εικόνας. Τα αυτοφωτιζόμενα εικονοστοιχεία φέρνουν άπειρη αντίθεση και ακραίο μαύρο πεδίο, ενώ η γωνία θέασης είναι σχεδόν τέλεια. Η μέση τιμή των τηλεοράσεων OLED μεγάλου μεγέθους συνεχίζει να μειώνεται, επιταχύνοντας τη διάδοση.
• Ευέλικτη/πτυσσόμενη οθόνη: Εύκαμπτα υποστρώματα PI καθιστούν την οθόνη εύκαμπτη, αναδιπλούμενη, ακόμη και κυρτή. Η σειρά Samsung Galaxy Z Fold/Flip και η σειρά Huawei Mate X ηγούνται της τάσης των κινητών τηλεφώνων με πτυσσόμενη οθόνη, ενώ τα τηλέφωνα OPPO με οθόνη κύλισης διευρύνουν τα όρια της μορφής.
• Αναδυόμενοι τομείς: OLED (εφαρμογή σε οθόνες παραθύρων και οθόνες αυτοκινήτων), φωτισμός OLED (εξαιρετικά λεπτή, ρυθμιζόμενη πηγή φωτός επιφάνειας με θερμοκρασία χρώματος), φορητές συσκευές (οθόνες ειδικού σχήματος που ταιριάζουν σε καμπύλες επιφάνειες) και VR/AR (εξαιρετικά υψηλός ρυθμός ανανέωσης, χαμηλή καθυστέρηση) συνεχίζουν να διερευνούν τις δυνατότητες.

5.Μελλοντικές τάσεις: διαφανής, ελαστική και ευρύτερη όραση

Η τεχνολογία OLED συνεχίζει να επεκτείνεται:

• Διαφανής OLED: Σε συνδυασμό με λειτουργίες απεικόνισης και προοπτικής, χρησιμοποιείται σε έξυπνα παράθυρα, παρμπρίζ επαυξημένης πραγματικότητας (όπως τα πρωτότυπα αυτοκίνητα της BMW) και διαφανείς τηλεοράσεις (LG Signature OLED T), δημιουργώντας μια εμπειρία εικονικής-πραγματικής συγχώνευσης (Οι ετήσιες προοπτικές της SID Display Week για την τεχνολογία διαφανών οθονών: https://www.sid.org).
• Stretchable OLED: Χρησιμοποιώντας ελαστικά υποστρώματα και ειδικά υλικά ηλεκτροδίων/φωσφορίζοντος στρώματος για την επίτευξη παραμόρφωσης με τέντωμα της οθόνης (>30% παραμόρφωση), παρέχοντας μια επαναστατική διαδραστική διεπαφή για φορητές ηλεκτρονικές και βιονικές συσκευές.
• Επιτάχυνση της μαζικής παραγωγής τυπωμένων OLED: κ.λπ. αναπτύσσουν ενεργά την τεχνολογία εκτύπωσης για την προώθηση της μείωσης του κόστους και της διείσδυσης των OLED μεγάλου μεγέθους στην αγορά. Αναμένεται ότι το μερίδιο των τυπωμένων OLED θα αυξηθεί σημαντικά το 2030 (DSCC Display Technology Route Forecast Report: https://www.displaysupplychain.com).
• Αποδοτικότητα και βελτίωση της ζωής: Η συνεχής βελτιστοποίηση των υλικών μπλε φωτός, της δομής της συσκευής (πολυστρωματική OLED) και της τεχνολογίας εξαγωγής φωτός θα βελτιώσει περαιτέρω την ενεργειακή απόδοση και τη διάρκεια ζωής του προϊόντος.

---

Περίληψη:

Η τεχνολογία OLED, μέσω της μοναδικής της δομής "σάντουιτς", πραγματοποιεί την ακριβή συνάντηση ηλεκτρονίων και οπών σε οργανικό μοριακό επίπεδο, απελευθερώνοντας έτσι καθαρό φως. Από τις συνεχείς ανακαλύψεις στη χημεία των υλικών μέχρι τον ακριβή ανταγωνισμό μεταξύ των διαδικασιών εξάτμισης και εκτύπωσης, από την οπτική επανάσταση των οθονών των κινητών τηλεφώνων μέχρι την εκπληκτική εμφάνιση των πτυσσόμενων και διαφανών μορφών, η OLED έχει ξεπεράσει το απλό μέσο απεικόνισης και έχει γίνει η βασική δύναμη στη διαμόρφωση της μελλοντικής ψηφιακής μορφής ζωής. Καθώς η τεχνολογία εκτύπωσης μειώνει το κόστος και οι διαφανείς και ελαστικές μορφές συνεχίζουν να διευρύνουν τα όρια των εφαρμογών, η OLED θα συνεχίσει να ηγείται του βαθύτατου μετασχηματισμού της τεχνολογίας των οθονών και να φωτίζει τη μελλοντική εικόνα της ανθρώπινης αλληλεπίδρασης με τις πληροφορίες σε ευρύτερη διάσταση.