OLED tehnoloģija: Struktūra, ražošana un nākotnes displeji

1.Struktūras stūrakmens: precīzijas "sviestmaizes" un elektronu caurumu deja

OLED būtība ir organiska pusvadītāju ierīce, kas izgatavota no precīzi sakārtotām daudzslāņu funkcionālām plēvēm:

• Substrāts: Kā fiziskā atbalsta "pamatu" parasti izmanto elastīgu poliimīdu (PI) vai cietu stiklu.
• Anods (piemēram, indija alvas oksīds ITO): caurspīdīgs vadītājs, kas izvada caurumus (pozitīvus lādiņus).
• Organiskais funkcionālais slānis (kodols): parasti ietver caurumu iesmidzināšanas slāni (HIL), caurumu transporta slāni (HTL), gaismu izstarojošo slāni (EML), elektronu transporta slāni (ETL) un elektronu iesmidzināšanas slāni (EIL). Katra slāņa materiāli un biezums tiek optimizēti nanometru līmenī.
• Katods (piemēram, magnija un sudraba sakausējums): iesmidzina elektronus (negatīvu lādiņu), un metāli ar zemu darba funkciju nodrošina efektīvu iesmidzināšanu.

Luminiscences noslēpums: kad tiek pielikts spriegums, anoda caurumi un katoda elektroni tiek ievadīti atsevišķi un elektriskā lauka ietekmē migrē viens pret otru. Tie satiekas un rekombinējas gaismu izstarojošajā slānī, un atbrīvotā enerģija uzbudina luminiscējošās molekulas, kuras, kad tiek atdalītas, atbrīvo enerģiju fotonu veidā - tas ir OLED pašluminiscences avots. Precīzi kontrolējot dažādu luminiscējošo materiālu enerģijas joslu struktūru, var radīt tādas pamatkrāsas kā sarkano, zaļo un zilo, lai iegūtu pilnkrāsu displeju (ASV Enerģētikas departamenta sniegts autoritatīvs skaidrojums par OLED fizikālajiem principiem: https://www.energy.gov/eere/ssl/how-organic-leds-work).

2.Materiālu revolūcija: organisko molekulu krāsu un efektivitātes izrāviens

OLED veiktspējas lēciens ir atkarīgs no organisko materiālu inovācijām:

• Fluorescējoši materiāli: Pirmās paaudzes materiāli var izmantot tikai 25% singletu eksitonu, un iekšējās kvantu efektivitātes (IQE) augšējā robeža ir zema.
• Fosforescējoši materiāli (piemēram, iridija kompleksi): Teorētiski IQE var sasniegt 100%, ievērojami uzlabojot energoefektivitāti, jo īpaši sarkanā un zaļā gaismā.
• Termiski aktivēti aizkavēti fluorescences materiāli (TADF): Nav nepieciešami dārgmetāli, tripletu eksitoni tiek uztverti, izmantojot reverso starpsistēmu krustošanos, un tiek sasniegts gandrīz 100% IQE, kas tiek uzskatīts par nākamās paaudzes lētu un augstas efektivitātes risinājumu (Padziļināta TADF materiālu analīze žurnālā Nature: https://www.nature.com/articles/s41578-021-00339-3).
• Zila materiāla šaurums: Zilās gaismas materiālu kalpošanas ilgums un efektivitāte joprojām atpaliek no sarkanās un zaļās gaismas materiāliem, un pašlaik galvenā uzmanība tiek pievērsta pētniecībai un attīstībai. Potenciāls izrāviens ir kvantu punkti un superfluorescences tehnoloģija.

3.Manufacturing process: Nano līmeņa precizitātes māksla un masveida ražošanas izaicinājums

OLED ražošana ir precīzas ražošanas virsotne:

• Smalkmetāla maskas iztvaicēšana (FMM): Galvenais process. Vakuuma kamerā organiskais materiāls tiek uzkarsēts līdz sublimācijai, un tvaiki izplūst cauri mikroporām uz smalkmetāla maskas (FMM) un tiek precīzi nogulsnēti uz atbilstošās TFT substrāta pikseļa pozīcijas. FMM izstiepšanās, termiskā izplešanās un izlīdzināšanas precizitāte ir galvenās grūtības, kas ierobežo liela izmēra un augsta PPI masveida ražošanu.
• Tintes druka (IJP): Jaunas tehnoloģijas. Izšķīdušais organiskais materiāls tiek izsmidzināts uz substrāta iepriekš noteiktajā vietā kā iespiedkrāsa. Priekšrocības ir augsts materiāla izmantojums (>90%), piemērots lieliem izmēriem, un nav nepieciešams dārgs FMM. To uzskata par galveno veidu, kā nākotnē samazināt liela izmēra OLED izmaksas. Pašreizējā pētniecības uzmanības centrā ir ražīguma uzlabošana un augstas izšķirtspējas drukāšana (OLED-Info pārskats par tintes drukas tehnoloģijas progresu: https://www.oled-info.com/inkjet-printed-oleds).
• Iepakojuma tehnoloģija: Lai novērstu ūdens un skābekļa koroziju trauslajā organiskajā slānī, stingrai aizsardzībai ir nepieciešama plānās plēves iekapsulēšana (TFE) vai stikla pārklājums. Elastīgajiem OLED ir īpaši augstas prasības attiecībā uz TFE.

4.Lietojumprogrammas ziedēšana: no ekstrēma redzējuma līdz morfoloģiskai revolūcijai

OLED īpašības rada daudzveidīgus pielietojuma scenārijus:

• Augstas klases mobilo ierīču displejs: iPhone Pro sērijā, Samsung Galaxy flagmaņos u. c. tiek izmantots OLED, kas ir kļuvis par flagmaņu standartu ar īpaši augstu kontrastu, plašu krāsu gammu (DCI-P3), HDR atbalstu un enerģijas taupīšanas īpašībām (melni pikseļi neizstaro gaismu). OLED mobilo tālruņu paneļu izplatība 2023. gadā pārsniegs 45% (IDC globālā mobilo displeju tirgus ziņojuma kopsavilkums: https://www.idc.com/promo/smartphone-market-share).
• TV lauks: LG WRGB OLED televizors un Samsung QD-OLED televizors nodrošina revolucionāru attēla kvalitāti. Pašizgaismojoši pikseļi nodrošina bezgalīgu kontrastu un ekstrēmu melno lauku, un skata leņķis ir gandrīz ideāls. Liela izmēra OLED televizoru vidējā cena turpina samazināties, tādējādi paātrinot to popularizēšanu.
• Elastīgs/nolokāms displejs: Elastīgie PI substrāti ļauj ekrānu salocīt, salocīt un pat salocīt. Samsung Galaxy Z Fold/Flip sērija un Huawei Mate X sērija ir salokāmā ekrāna mobilo tālruņu tendences līderi, bet OPPO salokāmā ekrāna koncepcijas tālruņi paplašina formas robežas.
• Jaunās jomas: OLED caurspīdīgie ekrāni (piemēroti logu displejiem un automobiļu displejiem), OLED apgaismojums (īpaši plāns, regulējamas krāsu temperatūras virsmas gaismas avots), valkājamās ierīces (īpašas formas ekrāni, kas piemēroti izliektām virsmām) un VR/AR (īpaši augsts atsvaidzināšanas ātrums, zema latence) turpina apgūt iespējas.

5.Nākotnes tendences: caurspīdīgs, stiepjams un plašāks redzējums

OLED tehnoloģija turpina attīstīties:

• Caurspīdīgs OLED: Pateicoties caurlaidībai, kas pārsniedz 40%, apvienojumā ar displeja un perspektīvas funkcijām, to izmanto viedo logu, papildinātās realitātes vējstiklu (piemēram, BMW konceptauto) un caurspīdīgu televizoru (LG Signature OLED T) ražošanā, radot virtuālās un reālās saplūšanas pieredzi (SID Display Week ikgadējais pārskats par caurspīdīgu displeju tehnoloģiju: https://www.sid.org).
• Izstiepjams OLED: Izmantojot elastīgus substrātus un īpašus elektrodu/luminiscējošo slāņu materiālus, lai panāktu ekrāna izstiepšanas deformāciju (>30% deformācija), nodrošinot revolucionāru interaktīvu saskarni valkājamai elektronikai un bioniskām ierīcēm.
• Paātrināta drukāto OLED masveida ražošana: JOLED (reorganizēta), TCL Huaxing, BOE u.c. aktīvi izmanto drukāšanas tehnoloģiju, lai veicinātu liela izmēra OLED izmaksu samazināšanu un iekļūšanu tirgū. Paredzams, ka drukāto OLED 2030. gadā ievērojami palielināsies (DSCC Displeja tehnoloģiju maršruta prognozes ziņojums: https://www.displaysupplychain.com).
• Efektivitāte un dzīves uzlabošana: Nepārtraukta zilās gaismas materiālu, ierīces struktūras (laminēta OLED) un gaismas ieguves tehnoloģijas optimizācija vēl vairāk uzlabos energoefektivitāti un ražojuma kalpošanas laiku.

---

Kopsavilkums:

OLED tehnoloģija ar tās unikālo "sviestveida" struktūru nodrošina precīzu elektronu un caurumu sastapšanos organisko molekulu līmenī, tādējādi atbrīvojot tīru gaismu. Sākot ar nepārtrauktiem izrāvieniem materiālu ķīmijā un beidzot ar precīzu iztvaicēšanas un drukāšanas procesu konkurenci, sākot ar mobilo tālruņu ekrānu vizuālo revolūciju un beidzot ar satriecošu salokāmu un caurspīdīgu formu izskatu, OLED ir pārspējis vienkāršu displeja mediju un kļuvis par galveno spēku nākotnes digitālās dzīves formas veidošanā. Tā kā drukāšanas tehnoloģija samazina izmaksas un caurspīdīgas un izstiepjamas formas turpina paplašināt pielietojuma robežas, OLED turpinās vadīt dziļo displeju tehnoloģijas pārveidi un izgaismos cilvēka mijiedarbības ar informāciju nākotnes ainu plašākā dimensijā.