Технологія OLED: Структура, виробництво та дисплеї майбутнього

1.Наріжний камінь структури: танець прецизійного "сендвіча" та електронних дірок

Суть OLED - це органічний напівпровідниковий пристрій, виготовлений з багатошарових функціональних плівок, точно укладених один на одного:

• Підкладка: Як "фундамент" фізичної опори зазвичай використовується гнучкий поліімід (PI) або жорстке скло.
• Анод (наприклад, оксид індію-олова ITO): прозорий провідник, який інжектує дірки (позитивні заряди).
• Органічний функціональний шар (серцевина): зазвичай включає шар інжекції дірок (HIL), шар транспорту дірок (HTL), світловипромінюючий шар (EML), шар транспорту електронів (ETL) та шар інжекції електронів (EIL). Матеріали і товщина кожного шару оптимізуються на нанометровому рівні.
• Катод (наприклад, магнієво-срібний сплав): інжектує електрони (негативний заряд), а метали з низькою робочою функцією забезпечують ефективну інжекцію.

Секрет люмінесценції: При подачі напруги анодні дірки і катодні електрони інжектуються окремо і мігрують назустріч один одному під дією електричного поля. Вони зустрічаються і рекомбінують у світловипромінюючому шарі, а вивільнена енергія збуджує люмінесцентні молекули, які вивільняють енергію у вигляді фотонів при дезбудженні - це і є джерелом самолюмінесценції OLED. Точно контролюючи структуру енергетичної смуги різних люмінесцентних матеріалів, можна генерувати основні кольори, такі як червоний, зелений і синій, для досягнення повнокольорового відображення (Авторитетне пояснення фізичних принципів OLED від Міністерства енергетики США: https://www.energy.gov/eere/ssl/how-organic-leds-work).

2.Революція матеріалів: прорив у кольорі та ефективності органічних молекул

Стрибок продуктивності OLED залежить від інновацій в області органічних матеріалів:

• Флуоресцентні матеріали: Матеріали першого покоління можуть використовувати лише 25% синглетних екситонів, а верхня межа внутрішньої квантової ефективності (IQE) є низькою.
• Фосфоресцентні матеріали (наприклад, комплекси іридію): Проривне використання триплетних екситонів, теоретично IQE може досягати 100%, що значно підвищує енергоефективність, особливо для червоного та зеленого світла.
• Термоактивовані матеріали зі сповільненою флуоресценцією (TADF): Не потрібні дорогоцінні метали, триплетні екситони захоплюються шляхом зворотного міжсистемного переходу, і досягається майже 100% IQE, що розглядається як наступне покоління недорогих і високоефективних рішень (Глибокий аналіз матеріалів TADF у журналі Nature: https://www.nature.com/articles/s41578-021-00339-3).
• Вузьке місце синього матеріалу: Тривалість життя та ефективність матеріалів, що випромінюють синє світло, все ще відстають від матеріалів, що випромінюють червоне та зелене світло, і саме на цьому зараз зосереджені наукові дослідження та розробки. Квантові точки і технологія суперфлуоресценції є потенційними проривами.

3. виробничий процес: Мистецтво нанорівня точності та виклик масового виробництва

Виробництво OLED-дисплеїв - це вершина прецизійного виробництва:

• Випаровування з тонких металевих масок (FMM): Основний процес. У вакуумній камері органічний матеріал нагрівається до сублімації, а пара проходить через мікропори на тонкій металевій масці (FMM) і точно осідає на відповідну позицію пікселя підкладки TFT. Розтягнення, теплове розширення і точність вирівнювання FMM є ключовими труднощами, які обмежують масове виробництво великих розмірів і високого PPI.
• Струменевий друк (IJP): Нова технологія. Розчинений органічний матеріал розпилюється на заздалегідь визначену позицію підкладки, як чорнило для принтера. Перевагами є високе використання матеріалу (>90%), підходить для великих розмірів і не потребує дорогого ФММ. Це розглядається як основний шлях до зниження вартості великогабаритних OLED в майбутньому. Підвищення врожайності та друк з високою роздільною здатністю є основними напрямками досліджень в даний час (Звіт OLED-Info про розвиток технології струменевого друку: https://www.oled-info.com/inkjet-printed-oleds).
• Технологія інкапсуляції: Щоб запобігти корозії крихкого органічного шару водою та киснем, для суворого захисту необхідна тонкоплівкова інкапсуляція (TFE) або скляна кришка. Гнучкий OLED має надзвичайно високі вимоги до TFE.

4.Розквіт додатків: від екстремального бачення до морфологічної революції

Характеристики OLED створюють різноманітні сценарії застосування:

• Висококласні мобільні дисплеї: серія iPhone Pro, флагманський Samsung Galaxy тощо використовують OLED, який став флагманським стандартом з надвисокою контрастністю, широким колірним охопленням (DCI-P3), підтримкою HDR та енергозберігаючими характеристиками (чорні пікселі не випромінюють світло). У 2023 році рівень проникнення OLED-панелей для мобільних телефонів перевищить 45% (Резюме звіту IDC про глобальний ринок мобільних дисплеїв: https://www.idc.com/promo/smartphone-market-share).
• Телевізійне поле: WRGB OLED-телевізори LG та QD-OLED-телевізори Samsung забезпечують приголомшливу якість зображення. Самосвітні пікселі забезпечують нескінченну контрастність та екстремальну глибину чорного поля, а кут огляду майже ідеальний. Середня ціна на OLED-телевізори великого розміру продовжує падати, прискорюючи їхню популяризацію.
• Гнучкий/складний дисплей: Гнучкі підкладки PI дозволяють згинати, складати і навіть скручувати екран. Серії Samsung Galaxy Z Fold/Flip та Huawei Mate X очолюють тенденцію мобільних телефонів зі складним екраном, а концептуальні телефони OPPO з прокручуваним екраном розширюють межі форми.
• Нові галузі: Прозорі OLED (застосовуються у вітринах і автомобільних дисплеях), OLED-освітлення (надтонке, з регульованою колірною температурою поверхневе джерело світла), носимі пристрої (екрани спеціальної форми підходять до вигнутих поверхонь) і VR/AR (надвисока частота оновлення, низька затримка) продовжують досліджувати свої можливості.

5: Майбутні тенденції: прозорість, гнучкість і ширше бачення

OLED-технологія продовжує розширюватися:

• Прозорий OLED: З коефіцієнтом пропускання понад 40%, у поєднанні з функціями відображення та перспективи, використовується в розумних вікнах, лобових стеклах доповненої реальності (наприклад, в концепт-карах BMW) та прозорих телевізорах (LG Signature OLED T), створюючи віртуально-реальний досвід злиття (Щорічний огляд технологій прозорих дисплеїв від SID Display Week: https://www.sid.org).
• Розтяжний OLED: Використання еластичних підкладок і спеціальних матеріалів електродів/люмінесцентного шару для досягнення деформації розтягування екрану (деформація >30%), що забезпечує революційний інтерактивний інтерфейс для натільної електроніки та біонічних пристроїв.
• Масове виробництво друкованих OLED прискорилося: JOLED (реорганізована), TCL Huaxing, BOE та ін. активно впроваджують технологію друку, щоб сприяти зниженню собівартості та проникненню на ринок великогабаритних OLED. Очікується, що частка друкованих OLED значно зросте у 2030 році (Звіт про прогноз маршруту за технологією DSCC Display: https://www.displaysupplychain.com).
• Ефективність та покращення терміну служби: Постійна оптимізація матеріалів синього світла, структури пристрою (ламінований OLED) і технології вилучення світла сприятиме подальшому підвищенню енергоефективності та збільшенню терміну служби продукту.

---

Підсумок:

Технологія OLED, завдяки своїй унікальній "сендвіч"-структурі, реалізує точну зустріч електронів і дірок на органічному молекулярному рівні, вивільняючи таким чином чисте світло. Від постійних проривів у хімії матеріалів до точної конкуренції між процесами випаровування і друку, від візуальної революції екранів мобільних телефонів до приголомшливого вигляду складних і прозорих форм, OLED перевершив простий засіб відображення і став основною силою у формуванні майбутньої цифрової форми життя. Оскільки технологія друку знижує витрати, а прозорі та розтяжні форми продовжують розширювати межі застосування, OLED продовжуватиме очолювати глибоку трансформацію технології дисплеїв і висвітлюватиме майбутню картину взаємодії людини з інформацією в ширшому вимірі.