Tehnologija OLED: Tehnologija OLED: struktura, proizvodnja in prihodnji zasloni

1.Strukturni temelj: ples natančnega "sendviča" in elektronskih lukenj

Bistvo OLED je organska polprevodniška naprava iz večplastnih funkcionalnih filmov, ki so natančno zloženi drug na drugega:

• Substrat: Kot "temelj" fizične podpore se običajno uporablja prožen poliimid (PI) ali togo steklo.
• Anoda (kot je indij-kositrov oksid ITO): prozoren prevodnik, ki vnaša luknje (pozitivne naboje).
• Organski funkcionalni sloj (jedro): običajno vključuje plast za vbrizgavanje lukenj (HIL), plast za prenos lukenj (HTL), plast za oddajanje svetlobe (EML), plast za prenos elektronov (ETL) in plast za vbrizgavanje elektronov (EIL). Materiali in debelina vsake plasti so optimizirani na nanometrski ravni.
• Katoda (kot je zlitina magnezija in srebra): vbrizgava elektrone (negativni naboj), kovine z nizko delovno funkcijo pa omogočajo učinkovito vbrizgavanje.

Skrivnost luminiscence: Ko se priključi napetost, se anodne luknje in katodni elektroni vbrizgajo ločeno in se pod vplivom električnega polja pomikajo drug proti drugemu. V plasti, ki oddaja svetlobo, se srečajo in rekombinirajo, sproščena energija pa vzbudi luminiscenčne molekule, ki ob razbremenitvi sprostijo energijo v obliki fotonov - to je vir samosvetlobe OLED. Z natančnim nadzorom strukture energijskega pasu različnih luminiscenčnih materialov je mogoče ustvariti osnovne barve, kot so rdeča, zelena in modra, ter tako doseči polni barvni prikaz (Avtoritativna razlaga fizikalnih načel OLED s strani ameriškega ministrstva za energijo: https://www.energy.gov/eere/ssl/how-organic-leds-work).

2.Material revolucija: barva in učinkovitost preboj organskih molekul

Preskok zmogljivosti OLED je odvisen od inovacij na področju organskih materialov:

• Fluorescenčni materiali: Zgornja meja notranjega kvantnega izkoristka (IQE) je nizka, zato lahko materiali prve generacije izkoristijo le 25% singletnih ekscitonov.
• Fosforescentni materiali (kot so iridijevi kompleksi): Teoretično lahko IQE doseže 100%, kar močno izboljša energetsko učinkovitost, zlasti za rdečo in zeleno svetlobo.
• Termično aktivirani materiali z zakasnjeno fluorescenco (TADF): Pri tem niso potrebne plemenite kovine, tripletni ekscitoni se zajamejo s povratnim medsistemskim križanjem in doseže se skoraj 100% IQE, kar velja za naslednjo generacijo nizkocenovnih in visoko učinkovitih rešitev (Poglobljena analiza materialov TADF v reviji Nature: https://www.nature.com/articles/s41578-021-00339-3).
• Modra snov ozko grlo: Življenjska doba in učinkovitost materialov z modro svetlobo še vedno zaostajata za tistimi z rdečo in zeleno svetlobo, zato se trenutno osredotočamo na raziskave in razvoj. Kvantne pike in superfluorescenčna tehnologija so potencialni prebojni dosežki.

3.Manufacturing proces: Umetnost nano natančnosti in izziv množične proizvodnje

Proizvodnja OLED je vrhunec precizne proizvodnje:

• Izhlapevanje s fino kovinsko masko (FMM): Glavni postopek. V vakuumski komori se organski material segreje, da sublimira, para pa prehaja skozi mikropore na fini kovinski maski (FMM) in se natančno nanese na ustrezen položaj piksla na substratu TFT. Raztezanje, toplotno raztezanje in natančnost poravnave FMM so ključne težave, ki omejujejo množično proizvodnjo velike velikosti in visokega PPI.
• Inkjet tiskanje (IJP): Injektorski tisk: nastajajoča tehnologija. Raztopljena organska snov se razprši na vnaprej določeno mesto podlage kot tiskarsko črnilo. Prednosti so visok izkoristek materiala (>90%), primeren za velike velikosti in ni potreben drag FMM. To velja za osrednjo pot za zmanjšanje stroškov za OLED velikih dimenzij v prihodnosti. Izboljšanje izkoristka in tiskanje z visoko ločljivostjo sta v ospredju trenutnih raziskav (Poročilo OLED-Info o napredku tehnologije brizgalnega tiska: https://www.oled-info.com/inkjet-printed-oleds).
• Tehnologija enkapsulacije: Da voda in kisik ne bi razjedla krhke organske plasti, je za strogo zaščito potrebna enkapsulacija s tanko plastjo (TFE) ali stekleni pokrov. Prilagodljivi OLED ima izjemno visoke zahteve za TFE.

4.Uporaba bloom: od ekstremnega vida do morfološke revolucije

Značilnosti OLED omogočajo različne scenarije uporabe:

• Visokokakovostni mobilni zaslon: serija iPhone Pro, paradni konji Samsung Galaxy itd. uporabljajo OLED, ki je postal standard za paradne konje z izjemno visokim kontrastom, široko barvno paleto (DCI-P3), podporo za HDR in varčevanjem z energijo (črne piksle ne oddajajo svetlobe). Leta 2023 bo stopnja razširjenosti plošč OLED za mobilne telefone presegla 45% (Povzetek poročila IDC o globalnem trgu mobilnih zaslonov: https://www.idc.com/promo/smartphone-market-share).
• TV polje: LG-jev televizor WRGB OLED in Samsungov televizor QD-OLED zagotavljata prelomno kakovost slike. Samosvetleče piksle zagotavljajo neskončen kontrast in izjemno črno polje, vidni kot pa je skoraj popoln. Povprečna cena velikih televizorjev OLED se še naprej znižuje, kar pospešuje njihovo popularizacijo.
• Prilagodljiv/skladljiv zaslon: Prilagodljivi substrati PI omogočajo upogibanje, zlaganje in celo zvijanje zaslona. Serija Samsung Galaxy Z Fold/Flip in serija Huawei Mate X vodita trend mobilnih telefonov z zložljivim zaslonom, konceptni telefoni OPPO s pomičnim zaslonom pa širijo meje oblike.
• Nastajajoča področja: V nadaljevanju raziskujejo možnosti: prozorni OLED (uporablja se za okenske zaslone in avtomobilske zaslone), osvetlitev OLED (ultra tanek površinski vir svetlobe z nastavljivo barvno temperaturo), nosljive naprave (zasloni posebne oblike se prilegajo ukrivljenim površinam) in VR/AR (ultra visoka frekvenca osveževanja, nizka zakasnitev).

5.Prihodnji trendi: prozornost, raztegljivost in širša vizija

Tehnologija OLED se še naprej razvija:

• Prozorna OLED: S prepustnostjo več kot 40% se v kombinaciji s funkcijami prikaza in perspektive uporablja v pametnih oknih, vetrobranskih steklih z razširjeno resničnostjo (kot so konceptni avtomobili BMW) in prozornih televizorjih (LG Signature OLED T), ki ustvarjajo izkušnjo virtualno-realne združitve (Letni pogled na tehnologijo prozornih zaslonov v okviru tedna SID Display Week: https://www.sid.org).
• Raztegljiv OLED: S pomočjo elastičnih podlag in posebnih materialov za elektrode in luminiscenčne plasti je mogoče doseči raztezno deformacijo zaslona (>30% deformacija), kar zagotavlja revolucionarni interaktivni vmesnik za nosljivo elektroniko in bionične naprave.
• Pospešena množična proizvodnja tiskanih OLED: JOLED (reorganiziran), TCL Huaxing, BOE itd. aktivno uporabljajo tehnologijo tiskanja, da bi spodbudili zmanjšanje stroškov velikih OLED in prodor na trg. Pričakuje se, da bo delež tiskanih OLED se bo leta 2030 znatno povečala (Poročilo o napovedi poti za tehnologijo zaslona DSCC: https://www.displaysupplychain.com).
• Učinkovitost in izboljšanje življenja: Stalna optimizacija materialov za modro svetlobo, strukture naprave (laminirani OLED) in tehnologije pridobivanja svetlobe bo še izboljšala energetsko učinkovitost in življenjsko dobo izdelka.

---

Povzetek:

Tehnologija OLED s svojo edinstveno "sendvič" strukturo omogoča natančno srečevanje elektronov in lukenj na organski molekularni ravni, pri čemer se sprošča čista svetloba. Od nenehnih prebojev na področju kemije materialov do natančnega tekmovanja med postopki uparjanja in tiskanja, od vizualne revolucije zaslonov mobilnih telefonov do osupljivega videza zložljivih in prozornih oblik - tehnologija OLED je presegla okvire preprostega medija za prikazovanje in postala osrednja sila pri oblikovanju prihodnje digitalne oblike življenja. Ker tehnologija tiskanja znižuje stroške, prozorne in raztegljive oblike pa še naprej širijo meje uporabe, bo tehnologija OLED še naprej vodila temeljito preoblikovanje tehnologije prikazovanja in osvetljevala prihodnjo sliko človeške interakcije z informacijami v širši razsežnosti.