Vredet lysudsendelse: Forbedring af fremtidig elektronik effektivitet

Pærer blev opfundet for at give ensartet belysning og gøre den tilgængelig for offentligheden. Kontinuerlig forskning og eksperimenter for at gøre dem mere omkostningseffektive førte til udviklingen af lysdioder, eller LED’er.

LED-teknologien blev opfundet for lidt over et halvt årti siden af videnskabsmanden Nick Holonyak Jr., mens han arbejdede hos General Electric (GE.TO ), som kaldte den “det magiske”.

Efterhånden som LED’er bliver bedre over tid, bliver de lysere, mere omkostningseffektive og mere pålidelige, hvilket har ført til deres udbredte anvendelse i trafikkontrollys, som erstatter glødepærer.

I dag er de traditionelle “gule” pærer begrænset til specifikke anvendelser, mens LED’er fører inden for generel belysning takket være deres overlegne energieffektivitet, længere levetid og alsidighed.

Selvfølgelig stopper innovationen aldrig. Faktisk banede opfindelsen af LED’er vejen for OLED’er — organiske lysdioder, også kendt som organiske elektroluminescensdioder.

Dette var resultatet af, at forskere udforskede muligheden for at bruge organiske forbindelser i stedet for uorganiske materialer for at opnå den samme effekt som LED’er, som genererer lys ved at føre elektricitet gennem et halvledermateriale.

Den første OLED-enhed blev bygget i 1987 af forskerne Steven Van Slyke og Ching Tang hos Eastman Kodak Company (KODK ).

Mens både LED’er og OLED’er bruger elektricitet til at producere lys, udsender OLED’er lys ved hjælp af organiske materialer. Disse organiske LED’er bruger carbonbaserede materialer, hvilket gør dem i stand til at tilbyde tyndere skærme, bedre farvegengivelse og hurtigere responstider end traditionelle LED’er.

Som et resultat har OLED-teknologien fundet vej ind i smartphones, TV’er og andre high-end elektroniske enheder. Men selvom OLED-teknologien udvikler sig hurtigt, har den endnu ikke opnået udbredt anvendelse.

Et kig på OLED-teknologi

Lad os nu se nærmere på OLED’er. Organiske lysdioder, i modsætning til LED’er, er diffuse overflade-lyskilder, fordi de fremstilles i ark. Derimod er LED’er koncentrerede, små punktkilder til lys.

OLED’ers diffuse lys gør det muligt at bruge dem meget tæt på arbejdsfladen uden at skabe blænding for brugeren. Det betyder, at man kan opnå den ønskede belysning med mindre lys, hvilket gør dem meget effektive.

OLED’ers fleksibilitet gør det derimod muligt at fremstille dem i næsten enhver form, hvilket udvider designmulighederne og giver en ny belysningsoplevelse.

Når det gælder OLED’s struktur, indeholder denne faststof-enhed en række tynde, carbonbaserede halvlederlag mellem to ledende elektroder, en anode og en katode.

Enheden udsender lys, når de tilstødende elektroder påfører en elektrisk strøm. For at lyset kan slippe ud af enheden, skal mindst én af elektroderne være gennemsigtig.

Ved at kontrollere den påførte elektriske strøm kan intensiteten af det udsendte lys justeres.

Hvad angår lysets farve, bestemmes den af den anvendte emissive materiale. For eksempel skabes hvidt lys ved at bruge røde, grønne og blå emittere, som kan arrangeres i flere konfigurationer.

Andre typer af OLED’er inkluderer hvide, transparente, aktiv-matrix, passiv-matrix, foldbare og top-udsendende OLED’er.

I dag er OLED’er den dominerende smartphone-skærmteknologi. Dette skyldes, at OLED-skærme ikke kun er tynde og effektive, men også transparente, fleksible og foldbare, samtidig med at de leverer den bedste billedkvalitet. Store betragtningsvinkler og et højt kontrastforhold er andre fordele ved OLED-teknologi i forhold til traditionelle skærmteknologier.

Klik her for at lære, hvordan OLED’er revolutionerer natvisionskameraer.

Den voksende adoption af OLED-teknologi

Det globale OLED-marked har vokset betydeligt gennem de mange år og vil fortsætte med at vokse i de kommende år.

Markedet er faktisk forventet at vokse med en CAGR på 13,20% mellem 2022 og 2029 og nå en størrelse på 104,4 milliarder dollars.

Den største drivkraft bag denne vækst er den stigende efterspørgsel i forbrugerelektroniksektoren. Derudover giver det voksende marked for bærbare enheder og integrationen af OLED-skærme i AR- og VR-enheder nye vækstmuligheder.

Derefter er fremkomsten af fleksible og foldbare OLED-skærme, som er en spændende ny trend, der lover bekvemmeligheden ved en større skærm i en kompakt form. Disse skærme muliggør innovative produktdesigns og anvendelser for unikke oplevelser.

OLED-skærme finder også stigende anvendelse i infotainmentsystemer, instrumentbrætter og underholdningssystemer på bagsædet. Den stigende efterspørgsel efter elbiler og integrationen af avancerede førerassistentsystemer (ADAS) forventes at bidrage til deres vækst i bilsektoren.

Udover skærme har OLED-teknologi også potentiale i belysningsindustrien, da den tilbyder fremragende farvegengivelse, ensartet belysning og muligheden for at skabe unikke belysningsdesigns. Det stigende fokus på energieffektive belysningsløsninger, kombineret med udviklingen af større OLED-paneler, giver vækstmuligheder inden for kommerciel belysning, arkitektonisk belysning og dekorativ belysning.

Endnu en faktor, der driver OLED-markedets vækst, er kontinuerlige teknologiske fremskridt, som inkluderer mere effektive materialer, indkapslingsmetoder og fremstillingsprocesser, der giver forbedret ydeevne, omkostningsreduktion og længere levetid.

Men på trods af betydelige præstationsfremskridt og udbredt brug i smartphone-skærme, står OLED’er stadig over for mange udfordringer.

Omkostninger er en af de største udfordringer på OLED-markedet. De høje produktionsomkostninger skyldes, at OLED-skærme kræver dyre organiske materialer og komplekse fremstillingsprocesser, hvilket gør dem dyrere end traditionelle teknologier som LCD.

Et andet problem, der opstår under produktionsprocessen, er udbytte, da en lille defekt kan resultere i et betydeligt antal ikke-funktionelle OLED-skærme. Derudover skaber afhængigheden af specifikke organiske materialer et forsyningskædeproblem.

Derudover er der spørgsmålet om begrænset levetid for OLED-skærme ud over energieffektivitet, som er afgørende for at minimere strømforbrug og forbedre batterilevetiden i bærbare enheder.

En anden begrænsende faktor er manglende evne til at stabilisere effektive blå emittere. OLED-teknologi står også over for konkurrence fra andre skærmteknologier, såsom LCD (flydende krystaldisplay), som stadig dominerer markedet, og micro-LED, som, selvom den er i de tidlige kommercialiseringsstadier, tilbyder potentielt længere levetid.

Derudover skal tekniske begrænsninger, såsom risikoen for indbrænding af billeder og ensartethed på store skærme, også overvindes gennem forbedringer i displaymaterialer, arkitekturer og fremstillingsprocesser.

Forskere arbejder aktivt på at løse disse begrænsninger, og en særlig nylig fremskridt viser det enorme potentiale for at forbedre effektiviteten af OLED-skærme på tv’er og smartphones.

Fremskridt i OLED-effektivitet med chirale halvledere

Forskere fra University of Cambridge og Eindhoven University of Technology har udviklet en organisk halvleder, der udsender cirkulært polariseret lys ved at få elektroner til at bevæge sig i et spiral mønster.

Dette er opnået ved at løse en årtier gammel udfordring inden for organiske halvledere, som ikke kun kan øge OLED-skærmens effektivitet, men også bane vejen for næste generations teknologier som spintronik og kvantecomputing.

Forskningen offentliggjort i tidsskriftet Science¹ bemærkede den betydelige interesse for at introducere chirialitet i halvledermaterialer for at opnå stærk cirkulært polariseret luminescens (CPL), som er lav i eksisterende OLED’er.

De nuværende effektive OLED-systemer anvender lysudsendende molekyler, der er rumligt isoleret i en vært, hvilket producerer svag CPL.

Selvom der er gjort forsøg på at opnå høj CPL, har de ikke været kompatible med optimerede OLED-enhedsarkitekturer. De seneste forskere har dog med succes skabt en organisk halvleder, der får elektroner til at bevæge sig i et spiral mønster.

Dette skyldes en ny metode til at skabe tynde, ensartede film med chirale supramolekylære nanostrukturer baseret på triazatruxen-molekyler. Denne metode er fuldstændig egnet til OLED-fremstilling og udviser høj grøn CPL.

“Dette er et reelt gennembrud i fremstillingen af en chiral halvleder. Ved omhyggeligt at designe den molekylære struktur har vi koblet strukturets chirialitet til elektronerne’s bevægelse, og det er aldrig før gjort på dette niveau.”

– Professor Bert Meijer fra Eindhoven University of Technology.

Den udviklede chiral halvleder udsender cirkulært polariseret lys, hvilket betyder, at lyset bærer information om elektronernes ‘håndedhed’.

Sagen er, at de fleste uorganiske halvlederes interne struktur er symmetrisk, så elektronerne bevæger sig uden nogen foretrukken retning.

I naturen har molekyler normalt en chiral struktur, enten venstre- eller højrehåndet. Chiral molekyler (som DNA) er spejlbilleder af hinanden, og chirialitet spiller en central rolle i biologiske processer. Det er dog svært at udnytte og kontrollere i elektronik.

Så for at skabe en chiral halvleder, tog forskerne inspiration fra naturen. De skubbede stabler af halvledermolekyler til at danne ordnede højre- eller venstrehåndede spiral kolonner.

Disse chirale halvledere viser lovende potentiale i displayteknologi, hvor nuværende produkter spilder meget energi på grund af den måde, lyset filtreres af skærme på. Den nyudviklede chiral halvleder udsender naturligt lys på en måde, der kan reducere disse tab, hvilket gør skærme lysere og mere energieffektive.

“Da jeg begyndte at arbejde med organiske halvledere, tvivlede mange på deres potentiale, men nu dominerer de displayteknologien. I modsætning til stive uorganiske halvledere tilbyder molekylære materialer utrolig fleksibilitet — så vi kan designe helt nye strukturer, som chiral LED’er. Det er som at arbejde med et Lego-sæt med alle mulige former, du kan forestille dig, i stedet for kun rektangulære klodser.”

Materialet, der bruges som grundlag for halvlederen, er triazatruxen (TAT), som selvorganiserer sig i en spiral (helicals) stak med en trinlængde på seks molekyler. Dette tillader elektroner at sno sig langs strukturen, hvilket hjælper med at opnå den observerede CPL.
Når den udsættes for UV-lys, “udsender den selvorganiserede TAT et klart grønt lys med stærk cirkulær polarisation.” Medforfatter Marco Preuss fra Eindhoven University of Technology bemærkede, at denne effekt har været svær at opnå i halvledere — indtil nu.

“Strukturen af TAT tillader elektroner at bevæge sig effektivt, mens den påvirker hvordan lys udsendes.”

– Preuss

Ændring af OLED-fremstillingsmetoder gjorde det muligt for forskerne at bruge TAT i cirkulært polariserede OLED’er (CP-OLED’er), som demonstrerede bemærkelsesværdig lysstyrke, effektivitet og polariseringsniveauer.
Undersøgelsen viste, at OLED’erne havde ekstern kvanteeffektivitet på op til 16 % og elektroluminiscens-dissymmetrier på mindre end eller svarende til 10 %. Ifølge medførste forfatter Rituparno Chowdhury fra Cambridge’s Cavendish Laboratory:

“Vi har i bund og grund omarbejdet den standardopskrift, vi bruger til at fremstille OLED’er i vores smartphones, så vi kan indfange en chiral struktur i en stabil, ikke-krystalliserende matrix. Dette giver en praktisk måde at skabe cirkulært polariserede LED’er på, noget der længe har undsluppet feltet.”

Udover skærme har den seneste udvikling også implikationer for kvantecomputing såvel som spintronik, hvor den iboende vinkelmoment (eller spin) af elektroner bruges til at lagre og behandle information for hurtigere og mere sikre computersystemer.
Med hensyn til praktisk adoption kan dette gennembrud begynde at se kommercielle anvendelser i displayteknologi inden for de næste 3 til 5 år, mens anvendelser i spintronik og kvantecomputing kan udvikle sig over det næste årti.

Innovativ virksomhed

Universal Display Corporation

Universal Display Corporation (OLED ) (UDC) er en førende inden for udvikling og kommercialisering af OLED-teknologier til brug i fladskærmsdisplays, belysning og organisk elektronik. Det er også en vigtig leverandør af organiske materialer og teknologier til OLED-displays og belysning.

Grundlagt for omkring tre årtier siden har UDC som mål at skabe næste generation af displays. virksomhedens proprietære teknologi og materialer anvendes i kommercielle OLED-produkter verden over, herunder smartphones, smartwatches, tablets, TV’er og mere. De mest fremtrædende eksempler er LG’s OLED-TV’er og Samsungs Galaxy-serie. UDC kan prale af mere end 6.000 udstedte og ansøgte patenter globalt.

Virksomheden specialiserer sig i forskning, udvikling og kommercialisering af fosforescerende OLED (PHOLED)-materialer, som tilbyder højere effektivitet og forbedret ydeevne.

Med en markedsværdi på 7,425 milliarder dollars handles USD-aktier til 156,41 dollars på tidspunktet for denne skrivning, op 6,98 % år‑til‑dato. Dens EPS (TTM) er 4,65, og P/E‑forholdet (TTM) er 33,64, mens udbytteafkastet er 1,15 %.

For en måned siden annoncerede Universal Display Corporation sine finansielle resultater, som afslørede 162,3 millioner dollars i omsætning i Q4 2024, op fra 158,3 millioner dollars i samme kvartal i 2023.

Omsætning fra materialesalg steg til 93,3 millioner dollars i denne periode på grund af øget efterspørgsel efter virksomhedens emittermaterialer. Royalty- og licensgebyrer bidrog med 64,4 millioner dollars til omsætningen, som faldt på grund af en reduktion i kumulative indhentningsjusteringer.

I Q4 var virksomhedens omkostninger til materialesalg 34,2 millioner dollars på grund af højere enhedsvolumen, og den samlede bruttoavance var 77 %. Driftsresultatet var 52,5 millioner dollars, og nettoresultatet var 46,0 millioner dollars eller 0,96 dollars per udvandet aktie.

For hele året rapporterede virksomheden en samlet omsætning på 647,7 millioner dollars, en stigning på 12,36 % i forhold til året før. Dette omfattede 365,4 millioner dollars fra materialesalg, som kostede 137 millioner dollars, og 266,8 millioner dollars fra royalty- og licensgebyrer.

Driftsresultatet var 238,8 millioner dollars, mens nettoresultatet var 222,1 millioner dollars eller 4,65 dollars per udvandet aktie i 2024 sammenlignet med 203 millioner dollars eller 4,24 dollars per udvandet aktie i 2023.

UDC rapporterede også 8,9 millioner dollars i omstruktureringsomkostninger relateret til den planlagte lukning af deres OVJP-lokation i Californien.

Når han talte om det “rekordbrydende år med solid finansiel præstation,” bemærkede Brian Millard, vicepræsident og finansdirektør i UDC, væksten og fremskridtene, der ses på tværs af OLED-industrien.

Virksomheder udvider deres produktroadmaps, og førende panelproducenter investerer i nye fabrikker for at imødekomme den stigende efterspørgsel, især på de fremvoksende IT- og bilmarkeder, udtalte Millard og tilføjede:

“Vi tror, at denne nye capex-cyklus vil bane vejen for meningsfuld ny OLED-kapacitet, nye OLED-produkter og nye OLED‑adoptanter.”

For dette år forventer UDC, at omsætningen vil ligge mellem 640 millioner og 700 millioner dollars, og bemærker, at “OLED-industrien stadig befinder sig på et stadium, hvor mange variable kan have en væsentlig indvirkning på resultaterne.”
Virksomheden annoncerede også et kontantudbytte på 0,45 dollars per aktie for første kvartal 2025, som udbetales den 31. marts 2025 til alle aktionærer.

“Som pioner og leder i økosystemet er vi godt positioneret til fortsat at støtte vores kunder og muliggøre industrien med vores udvidende portefølje af energieffektive, højtydende fosforescerende materialer og OLED-teknologier.”

– CFO Millard

Seneste om Universal Display Corporation

Konklusion

Udviklingen inden for lysdioder har betydeligt forbedret display- og belysningsteknologi. I denne fremgang har OLED-teknologien givet os fordele som bedre billedkvalitet, tyndere og lettere design, fleksibilitet og innovation.

Selvom OLED-teknologien har gjort store fremskridt siden sine tidlige dage, står den over for udfordringer med hensyn til effektivitet og omkostninger. Derfor markerer de seneste fremskridt inden for chirale halvledere et afgørende øjeblik i dens udvikling.

Evnen til at kontrollere elektronernes bevægelse og udsende cirkulært polariseret lys med høj effektivitet kan i høj grad transformere displayteknologien. Det vil også åbne døre til nye muligheder inden for kvantecomputing og spintronik.

Med kommercielle anvendelser af denne innovation i horisonten kan denne forskning omdefinere, hvordan elektronik fungerer, og føre til mere energieffektive, højtydende elektroniske enheder i den nærmeste fremtid.