OLED technologija: OLED technologija: struktūra, gamyba ir ateities ekranai

1.Struktūrinis kertinis akmuo: tiksliųjų "sumuštinių" ir elektronų skylių šokis

OLED esmė - organinis puslaidininkinis prietaisas, pagamintas iš tiksliai sudėliotų daugiasluoksnių funkcinių plėvelių:

• Substratas: Kaip fizinės atramos "pagrindas" paprastai naudojamas lankstus poliimidas (PI) arba standus stiklas.
• Anodas (pvz., indžio alavo oksidas ITO): skaidrus laidininkas, į kurį patenka skylės (teigiami krūviai).
• Organinis funkcinis sluoksnis (šerdis): paprastai jį sudaro skylių injekcijos sluoksnis (HIL), skylių pernešimo sluoksnis (HTL), šviesą spinduliuojantis sluoksnis (EML), elektronų pernešimo sluoksnis (ETL) ir elektronų injekcijos sluoksnis (EIL). Kiekvieno sluoksnio medžiagos ir storis optimizuojami nanometrų lygmeniu.
• Katodas (pvz., magnio ir sidabro lydinys): injektuoja elektronus (neigiamą krūvį), o mažą darbo funkciją atliekantys metalai užtikrina veiksmingą injekciją.

Liuminescencijos paslaptis: Įjungus įtampą, anodo skylutės ir katodo elektronai įšvirkščiami atskirai ir, veikiami elektrinio lauko, migruoja vienas kito link. Jie susitinka ir rekombinuoja šviesą skleidžiančiame sluoksnyje, o išsiskyrusi energija sužadina liuminescencines molekules, kurios, išsibudinusios, išskiria energiją fotonų pavidalu - tai ir yra OLED savaiminės liuminescencijos šaltinis. Tiksliai valdant skirtingų liuminescencinių medžiagų energijos juostų struktūrą, galima sukurti pagrindines spalvas, pavyzdžiui, raudoną, žalią ir mėlyną, kad būtų galima rodyti visas spalvas (JAV energetikos departamento autoritetingas OLED fizikinių principų paaiškinimas: https://www.energy.gov/eere/ssl/how-organic-leds-work).

2.Materialinė revoliucija: organinių molekulių spalvos ir efektyvumo proveržis

OLED našumo šuolis priklauso nuo organinių medžiagų naujovių:

• Fluorescencinės medžiagos: Pirmosios kartos medžiagos gali panaudoti tik 25% singletinių eksitonų, o viršutinė vidinio kvantinio efektyvumo (IQE) riba yra žema.
• Fosforescencinės medžiagos (pvz., iridžio kompleksai): Teoriškai IQE gali siekti 100%, o tai labai pagerina energijos efektyvumą, ypač raudonos ir žalios šviesos atveju.
• Termiškai aktyvuotos uždelstos fluorescencijos medžiagos (TADF): Naudojant šią technologiją, nereikia brangiųjų metalų, tripletiniai eksitonai fiksuojami per atvirkštinį tarpsisteminį susikirtimą ir pasiekiamas beveik 100% IQE, o tai laikoma naujos kartos pigiais ir didelio efektyvumo sprendimais (Išsami TADF medžiagų analizė žurnale "Nature: https://www.nature.com/articles/s41578-021-00339-3).
• Mėlynos medžiagos kaklelis: Mėlynos šviesos medžiagų gyvavimo trukmė ir efektyvumas vis dar atsilieka nuo raudonos ir žalios šviesos, todėl šiuo metu daugiausia dėmesio skiriama moksliniams tyrimams ir plėtrai. Kvantiniai taškai ir superfluorescencinė technologija yra potencialūs proveržiai.

3.Gamybos procesas: Nano tikslumo menas ir masinės gamybos iššūkis

OLED gamyba - tai tikslumo viršūnė:

• Smulkiųjų metalų kaukės garinimas (FMM): Pagrindinis procesas. Vakuuminėje kameroje organinė medžiaga kaitinama, kad sublimuotų, o garai patenka pro smulkiosios metalinės kaukės (FMM) mikroporas ir tiksliai nusėda ant atitinkamos TFT substrato pikselio vietos. Pagrindiniai sunkumai, ribojantys masinę didelio dydžio ir didelio PPI gamybą, yra FMM ištempimas, šiluminis plėtimasis ir derinimo tikslumas.
• Rašalinis spausdinimas (IJP): Naujos technologijos. Ištirpinta organinė medžiaga išpurškiama ant iš anksto nustatytos substrato vietos kaip spausdintuvo rašalas. Privalumai: didelis medžiagos panaudojimas (>90%), tinka dideliems matmenims, nereikia brangaus FMM. Tai laikoma pagrindiniu keliu, padėsiančiu ateityje sumažinti didelio dydžio OLED sąnaudas. Šiuo metu moksliniai tyrimai sutelkti į išeigos didinimą ir didelės raiškos spausdinimą ("OLED-Info" rašalinio spausdinimo technologijos pažangos stebėjimo ataskaita: https://www.oled-info.com/inkjet-printed-oleds).
• Įkapsuliavimo technologija: Kad vanduo ir deguonis nesuardytų trapaus organinio sluoksnio, būtina griežta plonos plėvelės hermetizacija (TFE) arba stiklo danga. Lanksčiajam OLED keliami itin aukšti TFE reikalavimai.

4.Taikymas žydėjimas: nuo ekstremalaus matymo iki morfologinės revoliucijos

OLED savybės suteikia galimybę taikyti įvairius scenarijus:

• Aukščiausios klasės mobiliųjų įrenginių ekranai: "iPhone Pro" serijoje, "Samsung Galaxy" flagmanuose ir kt. naudojamas OLED, kuris tapo flagmanų standartu, pasižyminčiu itin dideliu kontrastu, plačia spalvų gama (DCI-P3), HDR palaikymu ir energijos taupymo savybėmis (juodi pikseliai neišskiria šviesos). 2023 m. OLED mobiliųjų telefonų plokščių skverbtis viršys 45% (angl.IDC pasaulinės mobiliųjų ekranų rinkos ataskaitos santrauka: https://www.idc.com/promo/smartphone-market-share).
• Televizijos sritis: LG WRGB OLED televizorius ir "Samsung" QD-OLED televizorius užtikrina trikdančią vaizdo kokybę. Savaime šviečiantys pikseliai užtikrina begalinį kontrastą ir ypatingą juodąjį lauką, o žiūrėjimo kampas yra beveik tobulas. Vidutinė didelio dydžio OLED televizorių kaina toliau mažėja, todėl jie sparčiau populiarėja.
• Lankstus / sulankstomas ekranas: Lankstūs PI substratai leidžia ekraną sulenkti, sulankstyti ir net susukti. "Samsung Galaxy Z Fold/Flip" serija ir "Huawei Mate X" serija pirmauja sulankstomo ekrano mobiliųjų telefonų tendencijoje, o OPPO susukamo ekrano koncepcijos telefonai išplečia formos ribas.
• Naujos sritys: OLED (taikomas langų ekranams ir automobilių ekranams), OLED apšvietimas (itin plonas, reguliuojamos spalvos temperatūros paviršinis šviesos šaltinis), dėvimi prietaisai (specialios formos ekranai, tinkantys lenktiems paviršiams) ir VR/AR (itin didelis atnaujinimo dažnis, mažas vėlavimas).

5.Ateities tendencijos: skaidrus, ištempiamas ir platesnis matymas

OLED technologija toliau tobulėja:

• Skaidrus OLED: Dėl daugiau nei 40% pralaidumo, kartu su ekrano ir perspektyvos funkcijomis jis naudojamas išmaniuosiuose languose, papildytosios realybės priekiniuose stikluose (pvz., BMW koncepciniuose automobiliuose) ir skaidriuose televizoriuose ("LG Signature OLED T"), sukuriančiuose virtualios ir realios sintezės patirtį ("SID Display Week" metinė skaidrių ekranų technologijų apžvalga: https://www.sid.org).
• Tempiamas OLED: Naudojant elastingus substratus ir specialias elektrodų ir liuminescencinių sluoksnių medžiagas, galima pasiekti ekrano ištempimo deformaciją (>30% deformacija) ir sukurti revoliucinę interaktyvią sąsają nešiojamai elektronikai ir bioniniams prietaisams.
• Spartesnė spausdintų OLED masinė gamyba: JOLED (reorganizuota), TCL Huaxing, BOE ir kt. aktyviai diegia spausdinimo technologiją, siekdamos sumažinti didelių matmenų OLED sąnaudas ir įsitvirtinti rinkoje. Tikimasi, kad spausdintų OLED 2030 m. gerokai padidės (DSCC ekrano technologijos maršruto prognozės ataskaita: https://www.displaysupplychain.com).
• Efektyvumas ir gyvenimo gerinimas: Nuolatinis mėlynosios šviesos medžiagų, prietaiso struktūros (laminuotas OLED) ir šviesos išgavimo technologijos optimizavimas dar labiau pagerins energijos vartojimo efektyvumą ir gaminio tarnavimo laiką.

---

Santrauka:

OLED technologija, turinti unikalią "sumuštinio" struktūrą, užtikrina tikslų elektronų ir skylučių susidūrimą organinių molekulių lygmenyje, todėl išsiskiria gryna šviesa. Nuo nuolatinių proveržių medžiagų chemijos srityje iki tikslios garinimo ir spausdinimo procesų konkurencijos, nuo vizualinės mobiliųjų telefonų ekranų revoliucijos iki stulbinančios sulankstomų ir skaidrių formų išvaizdos - OLED pranoko paprastą ekrano terpę ir tapo pagrindine jėga, formuojančia ateities skaitmeninio gyvenimo formą. Spausdinimo technologijai mažinant sąnaudas ir toliau plečiant skaidrių ir ištempiamų formų taikymo ribas, OLED ir toliau vadovaus giluminei ekranų technologijos transformacijai ir plačiau nušvies žmogaus sąveikos su informacija ateities vaizdą.