Technológia OLED: Konštrukcia, výroba a budúce displeje

1.Štrukturálny základ: tanec presného "sendviča" a elektrónových dier

Podstatou OLED je organické polovodičové zariadenie vyrobené z viacvrstvových funkčných filmov, ktoré sú presne uložené na sebe:

• Substrát: Ako "základ" fyzickej podpory sa bežne používa pružný polyimid (PI) alebo pevné sklo.
• Anóda (napríklad oxid india a cínu ITO): priehľadný vodič, ktorý vnáša diery (kladné náboje).
• Organická funkčná vrstva (jadro): zvyčajne zahŕňa vrstvu na vstrekovanie dier (HIL), vrstvu na prenos dier (HTL), vrstvu vyžarujúcu svetlo (EML), vrstvu na prenos elektrónov (ETL) a vrstvu na vstrekovanie elektrónov (EIL). Materiály a hrúbka každej vrstvy sú optimalizované na úrovni nanometrov.
• Katóda (napríklad zliatina horčíka a striebra): vstrekuje elektróny (záporný náboj) a kovy s nízkou pracovnou funkciou dosahujú účinnú injekciu.

Tajomstvo luminiscencie: Po privedení napätia sa anódové diery a katódové elektróny vstrekujú oddelene a pod vplyvom elektrického poľa migrujú smerom k sebe. Stretávajú sa a rekombinujú vo vrstve vyžarujúcej svetlo a uvoľnená energia excituje luminiscenčné molekuly, ktoré pri deexcitácii uvoľňujú energiu vo forme fotónov - to je zdroj samovybudenia OLED. Presným riadením štruktúry energetických pásov rôznych luminiscenčných materiálov možno generovať základné farby, ako je červená, zelená a modrá, a dosiahnuť tak plnofarebné zobrazenie (Autoritatívne vysvetlenie fyzikálnych princípov OLED od amerického ministerstva energetiky: https://www.energy.gov/eere/ssl/how-organic-leds-work).

2.Materiálová revolúcia: prelom v oblasti farieb a účinnosti organických molekúl

Výkonnostný skok OLED závisí od inovácie organických materiálov:

• Fluorescenčné materiály: Materiály prvej generácie dokážu využiť len 25% singletových excitónov a horná hranica vnútornej kvantovej účinnosti (IQE) je nízka.
• Fosforeskujúce materiály (ako sú iridiové komplexy): Teoreticky môže IQE dosiahnuť 100%, čo výrazne zvyšuje energetickú účinnosť, najmä pre červené a zelené svetlo.
• Termálne aktivované materiály s oneskorenou fluorescenciou (TADF): V tomto prípade sa nevyžadujú žiadne vzácne kovy, tripletové excitóny sa zachytávajú prostredníctvom reverzného medzisystémového kríženia a dosahuje sa takmer 100% IQE, čo sa považuje za novú generáciu nízkonákladových a vysokoúčinných riešení (Hĺbková analýza materiálov TADF v časopise Nature: https://www.nature.com/articles/s41578-021-00339-3).
• Úzke hrdlo z modrého materiálu: Životnosť a účinnosť materiálov s modrým svetlom stále zaostáva za životnosťou a účinnosťou materiálov s červeným a zeleným svetlom a v súčasnosti sa na ne zameriava výskum a vývoj. Kvantové bodky a technológia superfluorescencie sú potenciálne prelomové.

3.Výrobný proces: Umenie nano presnosti a výzva hromadnej výroby

Výroba OLED je vrcholom presnej výroby:

• Odparovanie jemnej kovovej masky (FMM): Hlavný proces. Vo vákuovej komore sa organický materiál zahrieva, aby sublimoval, a para prechádza mikropórmi na jemnej kovovej maske (FMM) a presne sa nanesie na príslušné miesto pixelu substrátu TFT. Rozťahovanie, tepelná rozťažnosť a presnosť zarovnania FMM sú kľúčové ťažkosti, ktoré obmedzujú masovú výrobu veľkých rozmerov a vysokého PPI.
• Atramentová tlač (IJP): Nová technológia. Rozpustený organický materiál sa nastrieka na vopred určené miesto substrátu ako farba do tlačiarne. Výhodou je vysoké využitie materiálu (>90%), vhodné pre veľké rozmery a nie je potrebný drahý FMM. Považuje sa za základný spôsob znižovania nákladov na veľkorozmerné OLED v budúcnosti. V súčasnosti sa výskum zameriava na zlepšenie výťažnosti a tlač s vysokým rozlíšením (Správa OLED-Info o pokroku v technológii atramentovej tlače: https://www.oled-info.com/inkjet-printed-oleds).
• Technológia zapuzdrenia: Aby sa zabránilo korózii krehkej organickej vrstvy vodou a kyslíkom, je na prísnu ochranu potrebná tenkovrstvová enkapsulácia (TFE) alebo sklenený kryt. Flexibilný OLED má mimoriadne vysoké požiadavky na TFE.

4.Aplikácia bloom: od extrémnej vízie k morfologickej revolúcii

Vlastnosti OLED umožňujú rôzne scenáre použitia:

• Špičkové mobilné displeje: rad iPhone Pro, vlajkové lode Samsung Galaxy atď. používajú OLED, ktorý sa stal štandardom vlajkových lodí s mimoriadne vysokým kontrastom, širokým farebným gamutom (DCI-P3), podporou HDR a vlastnosťami úspory energie (čierne pixely nevyžarujú svetlo). V roku 2023 presiahne miera rozšírenia panelov OLED pre mobilné telefóny 45% (Zhrnutie správy IDC o globálnom trhu s mobilnými displejmi: https://www.idc.com/promo/smartphone-market-share).
• Televízne pole: Televízor WRGB OLED spoločnosti LG a televízor QD-OLED spoločnosti Samsung poskytujú prevratnú kvalitu obrazu. Samostatne svietiace pixely prinášajú nekonečný kontrast a extrémne čierne pole a pozorovací uhol je takmer dokonalý. Priemerná cena veľkorozmerných televízorov OLED naďalej klesá, čo urýchľuje ich popularizáciu.
• Flexibilný/skladací displej: Flexibilné substráty PI umožňujú ohýbanie, skladanie a dokonca aj stočenie obrazovky. Série Samsung Galaxy Z Fold/Flip a Huawei Mate X vedú trend mobilných telefónov so skladacou obrazovkou a koncepčné telefóny OPPO so zvinutou obrazovkou rozširujú hranice formy.
• Nové oblasti: Priehľadné OLED (aplikované na displeje okien a automobilové displeje), OLED osvetlenie (ultratenký povrchový zdroj svetla s nastaviteľnou farebnou teplotou), nositeľné zariadenia (špeciálne tvarované obrazovky sa hodia na zakrivené povrchy) a VR/AR (ultravysoká obnovovacia frekvencia, nízka latencia) naďalej skúmajú možnosti.

5.Budúce trendy: transparentné, roztiahnuteľné a širšie videnie

Technológia OLED sa naďalej rozvíja:

• Priehľadný OLED: Vďaka priepustnosti viac ako 40% v kombinácii s funkciami zobrazovania a perspektívy sa používa v inteligentných oknách, čelných sklách s rozšírenou realitou (napríklad v koncepčných vozidlách BMW) a priehľadných televízoroch (LG Signature OLED T), ktoré vytvárajú zážitok z virtuálneho a reálneho spojenia (Výročný výhľad týždňa SID Display na technológiu transparentných displejov: https://www.sid.org).
• Roztiahnuteľný OLED: Pomocou elastických substrátov a špeciálnych materiálov elektród a luminiscenčných vrstiev sa dosiahne deformácia rozťahovania obrazovky (>30% deformácia), čím sa vytvorí revolučné interaktívne rozhranie pre nositeľnú elektroniku a bionické zariadenia.
• Zrýchlenie hromadnej výroby tlačených OLED: JOLED (reorganizovaná), TCL Huaxing, BOE atď. aktívne zavádzajú technológiu tlače s cieľom podporiť zníženie nákladov na veľkorozmerné OLED a ich prenikanie na trh. Očakáva sa, že podiel tlačených OLED sa v roku 2030 výrazne zvýši (Správa o prognóze trasy zobrazovacej technológie DSCC: https://www.displaysupplychain.com).
• Efektívnosť a zlepšenie života: Neustála optimalizácia materiálov modrého svetla, štruktúry zariadenia (vrstvený OLED) a technológie extrakcie svetla ďalej zlepší energetickú účinnosť a životnosť výrobku.

---

Zhrnutie:

Technológia OLED vďaka svojej jedinečnej "sendvičovej" štruktúre realizuje presné stretnutie elektrónov a dier na organickej molekulárnej úrovni, čím uvoľňuje čisté svetlo. Od neustáleho prelomu v chémii materiálov až po precíznu súťaž medzi procesmi odparovania a tlače, od vizuálnej revolúcie obrazoviek mobilných telefónov až po ohromujúci vzhľad skladacích a priehľadných foriem, OLED prekonal jednoduché zobrazovacie médium a stal sa hlavnou silou pri formovaní budúcej digitálnej formy života. Keďže technológia tlače znižuje náklady a transparentné a rozťahovateľné formy naďalej rozširujú hranice použitia, OLED bude naďalej viesť hlbokú transformáciu zobrazovacej technológie a osvetlí budúci obraz interakcie človeka s informáciami v širšom rozmere.