Технология OLED: Структура, производство и будущие дисплеи

1.Структурный краеугольный камень: танец прецизионного "сэндвича" и электронных дыр

Суть OLED - это органическое полупроводниковое устройство, состоящее из многослойных функциональных пленок, точно уложенных друг на друга:

• Подложка: В качестве "фундамента" для физической поддержки обычно используется гибкий полиимид (PI) или жесткое стекло.
• Анод (например, оксид индия-олова ITO): прозрачный проводник, в который вводятся дырки (положительные заряды).
• Органический функциональный слой (сердцевина): обычно включает слой инжекции дырок (HIL), слой переноса дырок (HTL), светоизлучающий слой (EML), слой переноса электронов (ETL) и слой инжекции электронов (EIL). Материалы и толщина каждого слоя оптимизируются на нанометровом уровне.
• Катод (например, магниево-серебряный сплав): инжектирует электроны (отрицательный заряд), а металлы с низкой рабочей функцией обеспечивают эффективную инжекцию.

Секрет люминесценции: При подаче напряжения дырки анода и электроны катода инжектируются отдельно и мигрируют друг к другу под действием электрического поля. Они встречаются и рекомбинируют в светоизлучающем слое, а высвободившаяся энергия возбуждает люминесцентные молекулы, которые при снятии возбуждения выделяют энергию в виде фотонов - это и есть источник самосвечения OLED. Точно управляя структурой энергетической полосы различных люминесцентных материалов, можно генерировать основные цвета, такие как красный, зеленый и синий, чтобы добиться полноцветного отображения (Авторитетное объяснение физических принципов OLED от Министерства энергетики США: https://www.energy.gov/eere/ssl/how-organic-leds-work).

2.Революция в материалах: цвет и эффективность органических молекул

Скачок производительности OLED зависит от инноваций в области органических материалов:

• Флуоресцентные материалы: Материалы первого поколения могут использовать только 25% синглетных экситонов, и верхний предел внутренней квантовой эффективности (IQE) низок.
• Фосфоресцирующие материалы (например, комплексы иридия): Прорывное использование триплетных экситонов, теоретически IQE может достигать 100%, значительно повышая энергетическую эффективность, особенно для красного и зеленого света.
• Материалы с термоактивируемой задержкой флуоресценции (TADF): Не требуется драгоценных металлов, триплетные экситоны захватываются за счет обратного межсистемного перехода, достигается IQE почти 100%, что рассматривается как следующее поколение недорогих и высокоэффективных решений (Углубленный анализ материалов TADF в журнале Nature: https://www.nature.com/articles/s41578-021-00339-3).
• Узкое место в синих материалах: Срок службы и эффективность материалов для синего света все еще отстают от красного и зеленого света, и именно на них в настоящее время сосредоточены исследования и разработки. Квантовые точки и технология суперфлуоресценции - потенциальные прорывы.

3.Производственный процесс: Искусство точности на наноуровне и проблема массового производства

Производство OLED - это вершина точного производства:

• Тонкое испарение с металлической маски (FMM): Основной процесс. В вакуумной камере органический материал нагревается до сублимации, пар проходит через микропоры на тонкой металлической маске (FMM) и точно осаждается на соответствующую позицию пикселя на подложке TFT. Растяжение, тепловое расширение и точность выравнивания FMM являются ключевыми трудностями, которые ограничивают массовое производство большого размера и высокого PPI.
• Струйная печать (IJP): Новая технология. Растворенный органический материал распыляется на заранее определенное место подложки, как чернила для принтера. Преимуществами технологии являются высокая степень использования материала (>90%), пригодность для больших размеров и отсутствие необходимости в дорогостоящем FMM. Этот метод рассматривается как основной путь снижения стоимости крупногабаритных OLED в будущем. Повышение урожайности и печать с высоким разрешением являются основными направлениями исследований в настоящее время (Отчет OLED-Info о прогрессе технологии струйной печати: https://www.oled-info.com/inkjet-printed-oleds).
• Технология инкапсуляции: Чтобы вода и кислород не разъедали хрупкий органический слой, для строгой защиты требуется тонкопленочная инкапсуляция (TFE) или стеклянная крышка. Гибкие OLED предъявляют чрезвычайно высокие требования к TFE.

4.Приложение bloom: от экстремального видения к морфологической революции

Характеристики OLED позволяют использовать их в различных сферах:

• Высокотехнологичные мобильные дисплеи: iPhone серии Pro, флагманы Samsung Galaxy и т.д. используют OLED, ставший флагманским стандартом с ультравысокой контрастностью, широким цветовым охватом (DCI-P3), поддержкой HDR и энергосберегающими характеристиками (черные пиксели не излучают свет). В 2023 году уровень проникновения OLED-панелей для мобильных телефонов превысит 45% (Резюме отчета IDC о глобальном рынке мобильных дисплеев: https://www.idc.com/promo/smartphone-market-share).
• Телевизионное поле: WRGB OLED TV от LG и QD-OLED TV от Samsung обеспечивают потрясающее качество изображения. Самосветящиеся пиксели обеспечивают бесконечную контрастность и экстремальное черное поле, а угол обзора практически идеален. Средняя цена на OLED-телевизоры большого размера продолжает снижаться, что ускоряет их популяризацию.
• Гибкий/складывающийся дисплей: Гибкие PI-подложки делают экран сгибаемым, складным и даже скручиваемым. Серии Samsung Galaxy Z Fold/Flip и Huawei Mate X возглавляют тенденцию мобильных телефонов со складным экраном, а концептуальные телефоны OPPO с прокручивающимся экраном расширяют границы формы.
• Новые области: Прозрачные OLED (применяются для оконных и автомобильных дисплеев), OLED-освещение (ультратонкие поверхностные источники света с регулируемой цветовой температурой), носимые устройства (экраны специальной формы для изогнутых поверхностей) и VR/AR (сверхвысокая частота обновления, низкая задержка) продолжают изучать возможности.

5.Будущие тенденции: прозрачность, растяжимость и более широкое видение

Технология OLED продолжает развиваться:

• Прозрачный OLED: С коэффициентом пропускания более 40%, в сочетании с функциями отображения и перспективы, он используется в "умных" окнах, лобовых стеклах дополненной реальности (например, в концепт-карах BMW) и прозрачных телевизорах (LG Signature OLED T), создавая эффект слияния виртуального и реального (Ежегодный обзор технологий прозрачных дисплеев от SID Display Week: https://www.sid.org).
• Растягивающийся OLED: Использование эластичных подложек и специальных материалов электродов/люминесцентных слоев позволяет добиться растягивающейся деформации экрана (>30% деформации), обеспечивая революционный интерактивный интерфейс для носимой электроники и бионических устройств.
• Массовое производство печатных OLED ускоряется: JOLED (реорганизована), TCL Huaxing, BOE и др. активно внедряют технологию печати, чтобы способствовать снижению стоимости крупногабаритных OLED и проникновению на рынок. Ожидается, что доля печатных OLED значительно возрастет в 2030 году (Отчет о прогнозе маршрутов с использованием технологии отображения DSCC: https://www.displaysupplychain.com).
• Повышение эффективности и срока службы: Постоянная оптимизация материалов для синего света, структуры устройства (многослойный OLED) и технологии извлечения света позволит еще больше повысить энергоэффективность и срок службы продукта.

---

Резюме:

Технология OLED, благодаря своей уникальной "сэндвич"-структуре, реализует точную встречу электронов и дырок на органическом молекулярном уровне, тем самым высвобождая чистый свет. От непрерывных прорывов в химии материалов до точной конкуренции между процессами испарения и печати, от визуальной революции экранов мобильных телефонов до потрясающего вида складных и прозрачных форм, OLED превзошла простое средство отображения информации и стала основной силой в формировании будущей цифровой формы жизни. По мере того как технология печати снижает стоимость, а прозрачные и растягивающиеся формы продолжают расширять границы применения, OLED будет продолжать возглавлять глубокую трансформацию технологии дисплеев и освещать будущую картину взаимодействия человека с информацией в более широком измерении.