OLED-teknik: Struktur, tillverkning och framtida displayer

1.Structural hörnsten: dansen av precision "smörgås" och elektronhål

Kärnan i OLED är en organisk halvledaranordning tillverkad av funktionella filmer i flera lager som är exakt staplade:

• Underlag: Som "grund" för det fysiska stödet används vanligen flexibel polyimid (PI) eller styvt glas.
• Anod (t.ex. indiumtennoxid ITO): en transparent ledare som injicerar hål (positiva laddningar).
• Organiskt funktionsskikt (core): innefattar vanligtvis hålinjektionsskikt (HIL), håltransportskikt (HTL), ljusemitterande skikt (EML), elektrontransportskikt (ETL) och elektroninjektionsskikt (EIL). Materialen och tjockleken på varje skikt är optimerade på nanometernivå.
• Katod (t.ex. magnesium-silverlegering): injicerar elektroner (negativ laddning), och metaller med låg arbetsfunktion uppnår effektiv injektion.

Luminescensens hemlighet: När spänning läggs på injiceras anodhål och katodelektroner separat och vandrar mot varandra under påverkan av det elektriska fältet. De möts och rekombineras i det ljusemitterande skiktet, och den frigjorda energin exciterar de självlysande molekylerna, som frigör energi i form av fotoner när de avexciteras - detta är källan till OLED:s självluminiscens. Genom att exakt kontrollera energibandsstrukturen hos olika självlysande material kan grundfärger som rött, grönt och blått genereras för att uppnå fullfärgsdisplay (Auktoritativ förklaring av de fysiska principerna för OLED av US Department of Energy: https://www.energy.gov/eere/ssl/how-organic-leds-work).

2. Materialrevolution: genombrott för organiska molekyler när det gäller färg och effektivitet

OLED:s prestandasprång beror på innovation inom organiska material:

• Fluorescerande material: Första generationens material kan bara utnyttja 25% av singlet excitoner, och den övre gränsen för intern kvanteffektivitet (IQE) är låg.
• Fosforescerande material (t.ex. iridiumkomplex): Genombrottsanvändning av triplet excitoner, teoretiskt kan IQE nå 100%, vilket avsevärt förbättrar energieffektiviteten, särskilt för rött och grönt ljus.
• Termiskt aktiverade material med fördröjd fluorescens (TADF): Inga ädelmetaller krävs, triplet excitoner fångas upp genom omvänd intersystemkorsning och nästan 100% IQE uppnås, vilket betraktas som nästa generations lösningar med låg kostnad och hög effektivitet (Fördjupad analys av TADF-material i tidskriften Nature: https://www.nature.com/articles/s41578-021-00339-3).
• Flaskhals för blått material: Livslängden och effektiviteten hos material med blått ljus är fortfarande sämre än hos material med rött och grönt ljus, och detta är det område som för närvarande står i fokus för forskning och utveckling. Kvantprickar och superfluorescensteknik är potentiella genombrott.

3. Tillverkningsprocessen: Konsten att uppnå precision på nanonivå och utmaningen med massproduktion

OLED-produktion är höjdpunkten inom precisionstillverkning:

• Förångning av finmetallmask (FMM): Mainstream-process. I en vakuumkammare värms det organiska materialet upp för att sublimera, och ångan passerar genom mikroporerna på finmetallmasken (FMM) och deponeras exakt på motsvarande pixelposition på TFT-substratet. Sträckningen, den termiska expansionen och inriktningsnoggrannheten hos FMM är de viktigaste svårigheterna som begränsar massproduktionen av stora format och hög PPI.
• Bläckstråleutskrift (IJP): Framväxande teknik. Det upplösta organiska materialet sprutas på substratets förutbestämda position som skrivarbläck. Fördelarna är högt materialutnyttjande (>90%), lämplig för stora storlekar och ingen dyr FMM krävs. Det anses vara den viktigaste vägen för att minska kostnaderna för storskaliga OLED i framtiden. Förbättrad avkastning och högupplösta utskrifter är de aktuella forskningsfokusen (OLED-Infos uppföljningsrapport om utvecklingen av bläckstråletryckteknik: https://www.oled-info.com/inkjet-printed-oleds).
• Inkapslingsteknik: För att förhindra att vatten och syre korroderar det ömtåliga organiska skiktet krävs tunnfilmskapsel (TFE) eller glasskydd för strikt skydd. Flexibla OLED har extremt höga krav på TFE.

4.Application bloom: från extrem vision till morfologisk revolution

OLED:s egenskaper ger upphov till många olika användningsområden:

• High-end mobilskärm: iPhone Pro-serien, Samsung Galaxy flaggskepp etc. använder OLED, som har blivit flaggskeppsstandarden med ultrahög kontrast, brett färgomfång (DCI-P3), HDR-stöd och energibesparande egenskaper (svarta pixlar avger inte ljus). År 2023 kommer penetrationsgraden för OLED-mobiltelefonpaneler att överstiga 45% (Sammanfattning av IDC:s rapport om den globala marknaden för mobila displayer: https://www.idc.com/promo/smartphone-market-share).
• TV-fältet: LG:s WRGB OLED TV och Samsungs QD-OLED TV ger en helt ny bildkvalitet. Självlysande pixlar ger oändlig kontrast och extremt svart fält, och betraktningsvinkeln är nästan perfekt. Genomsnittspriset för stora OLED-TV-apparater fortsätter att sjunka, vilket påskyndar populariseringen.
• Flexibel/vikbar display: Flexibla PI-substrat gör skärmen böjbar, vikbar och till och med böjd. Samsung Galaxy Z Fold/Flip-serien och Huawei Mate X-serien leder trenden med mobiltelefoner med vikbar skärm, och OPPO-koncepttelefoner med rullskärm utvidgar gränserna för form.
• Framväxande områden: Transparent OLED (används för fönsterdisplayer och fordonsdisplayer), OLED-belysning (ultratunn ytljuskälla med justerbar färgtemperatur), bärbara enheter (specialformade skärmar som passar böjda ytor) och VR/AR (ultrahög uppdateringsfrekvens, låg latens) fortsätter att utforska möjligheterna.

5. Framtida trender: transparent, töjbart och bredare synfält

OLED-tekniken fortsätter att utvecklas:

• Transparent OLED: Med en transmittans på över 40%, i kombination med display- och perspektivfunktioner, används den i smarta fönster, vindrutor med förstärkt verklighet (t.ex. BMW:s konceptbilar) och transparenta TV-apparater (LG Signature OLED T), vilket skapar en virtuell-reell fusionsupplevelse (SID Display Weeks årliga utblick över transparent displayteknik: https://www.sid.org).
• Töjbar OLED: Användning av elastiska substrat och speciella elektrod/luminiscenta skiktmaterial för att uppnå töjbar deformation av skärmen (>30% deformation), vilket ger ett revolutionerande interaktivt gränssnitt för bärbar elektronik och bioniska enheter.
• Massproduktionen av OLED med tryck accelererar: JOLED (omorganiserad), TCL Huaxing, BOE, etc. använder aktivt tryckteknik för att främja storskalig OLED-kostnadsminskning och marknadspenetration. Det förväntas att andelen tryckta OLED kommer att öka betydligt år 2030 (DSCC Display Technology Rapport om vägprognos: https://www.displaysupplychain.com).
• Förbättrad effektivitet och livslängd: Kontinuerlig optimering av blåljusmaterial, enhetsstruktur (laminerad OLED) och ljusutvinningsteknik kommer att ytterligare förbättra energieffektiviteten och produktens livslängd.

---

Sammanfattning:

OLED-tekniken realiserar genom sin unika "sandwich"-struktur det exakta mötet mellan elektroner och hål på organisk molekylnivå och frigör därigenom rent ljus. Från de kontinuerliga genombrotten inom materialkemi till den exakta konkurrensen mellan förångnings- och tryckprocesser, från den visuella revolutionen av mobiltelefonskärmar till det fantastiska utseendet på vikbara och transparenta former, har OLED överträffat det enkla displaymediet och blivit kärnkraften i utformningen av den framtida digitala livsformen. I takt med att trycktekniken driver ner kostnaderna och transparenta och töjbara former fortsätter att expandera applikationsgränserna, kommer OLED att fortsätta att leda den djupgående omvandlingen av displaytekniken och belysa den framtida bilden av mänsklig interaktion med information i en bredare dimension.