Emisi Cahaya Terpintal: Meningkatkan Efisiensi Elektronik Masa Depan

Bohlam lampu diciptakan untuk menyediakan pencahayaan yang konsisten dan membuatnya dapat diakses oleh masyarakat umum. Penelitian dan percobaan berkelanjutan untuk membuatnya lebih hemat biaya mengarah pada pengembangan diode pemancar cahaya, atau LED.

LED technology was invented over half a decade ago by scientist Nick Holonyak Jr. while working at General Electric, which referred to it as “the magic one.”

Seiring LED terus menjadi lebih baik seiring waktu, mereka menjadi lebih terang, lebih hemat biaya, dan lebih andal, yang menyebabkan adopsi luas mereka pada lampu lalu lintas, menggantikan bohlam pijar.

Hari ini, bohlam “kuning” tradisional dibatasi untuk aplikasi tertentu, sementara LED memimpin dalam aplikasi pencahayaan umum berkat efisiensi energi yang superior, umur yang lebih panjang, dan fleksibilitas.

Tentu saja, inovasi tidak pernah berhenti. Bahkan, penemuan LED membuka jalan bagi OLED—diode pemancar cahaya organik, yang juga dikenal sebagai diode elektroluminesen organik.

Ini merupakan hasil peneliti mengeksplorasi kemungkinan menggunakan senyawa organik alih-alih bahan anorganik untuk mencapai efek yang sama seperti LED, yang menghasilkan cahaya dengan melewatkan listrik melalui bahan semikonduktor.

Perangkat OLED pertama dibangun pada tahun 1987 oleh ilmuwan Steven Van Slyke dan Ching Tang di Eastman Kodak Company.

Meskipun LED dan OLED keduanya menggunakan listrik untuk menghasilkan cahaya, OLED memancarkan cahaya menggunakan bahan organik. LED organik ini menggunakan bahan berbasis karbon, yang memungkinkan mereka menawarkan tampilan yang lebih tipis, reproduksi warna yang lebih baik, dan waktu respons yang lebih cepat dibandingkan LED tradisional.

Akibatnya, teknologi OLED telah menemukan tempatnya dalam smartphone, TV, dan perangkat elektronik kelas atas lainnya. Namun, meskipun teknologi OLED berkembang pesat, ia belum mendapatkan adopsi luas.

Melihat Teknologi OLED

Sekarang, mari kita lihat OLED dengan lebih baik. Diode pemancar cahaya organik, tidak seperti LED, merupakan sumber cahaya area difus karena dibuat dalam lembaran. Sebaliknya, LED adalah sumber cahaya titik kecil yang terpusat.

Cahaya difus OLED memungkinkan mereka digunakan sangat dekat dengan permukaan tugas dan tidak menghasilkan silau bagi pengguna. Ini berarti dapat mencapai iluminansi yang diinginkan dengan cahaya yang lebih sedikit, menjadikannya sangat efisien.

Fleksibilitas OLED, di sisi lain, memungkinkan mereka dibuat dalam hampir semua bentuk, memperluas kemungkinan desain dan memungkinkan pengalaman pencahayaan baru.

Mengenai struktur OLED, perangkat padat ini berisi serangkaian lapisan tipis semikonduktor berbasis karbon di antara dua elektroda konduktif, sebuah anoda dan katoda.

Perangkat memancarkan cahaya ketika elektroda yang berdekatan menerapkan arus listrik. Agar cahaya dapat keluar dari perangkat, setidaknya satu elektroda harus transparan.

Dengan mengontrol jumlah arus listrik yang diterapkan, intensitas cahaya yang dipancarkan dapat disesuaikan.

Mengenai warna cahaya, itu ditentukan oleh jenis bahan pemancar yang digunakan. Misalnya, cahaya putih dibuat dengan menggunakan pemancar merah, hijau, dan biru yang dapat diatur dalam beberapa konfigurasi.

Jenis OLED lainnya meliputi OLED putih, transparan, matriks aktif, matriks pasif, dapat dilipat, dan top-emitting OLED.

Saat ini, OLED menjadi teknologi tampilan smartphone yang dominan. Ini karena tampilan OLED tidak hanya tipis dan efisien tetapi juga transparan, fleksibel, dan dapat dilipat sambil menawarkan kualitas gambar terbaik. Sudut pandang lebar dan rasio kontras tinggi adalah keunggulan lain teknologi OLED dibandingkan teknologi tampilan tradisional.

Klik di sini untuk mempelajari bagaimana OLED merevolusi kamera penglihatan malam.

Pertumbuhan Adopsi Teknologi OLED

Pasar OLED global telah tumbuh secara signifikan selama bertahun-tahun terakhir dan akan terus tumbuh dalam beberapa tahun mendatang.

Pasar sebenarnya diproyeksikan tumbuh pada CAGR 13,20% antara 2022 dan 2029, mencapai ukuran $104,4 miliar.

Penggerak utama pertumbuhan ini adalah meningkatnya permintaan di sektor elektronik konsumen. Selain itu, pasar perangkat wearable yang berkembang dan integrasi tampilan OLED dalam perangkat AR dan VR membuka peluang pertumbuhan baru.

Kemudian muncul layar OLED fleksibel dan dapat dilipat, sebuah tren baru yang menjanjikan kenyamanan layar lebih besar dalam bentuk kompak. Layar ini memungkinkan desain produk inovatif dan aplikasi untuk pengalaman unik.

Layar OLED juga semakin banyak digunakan dalam sistem infotainment, dasbor, dan sistem hiburan kursi belakang. Meningkatnya permintaan kendaraan listrik dan integrasi sistem bantuan pengemudi canggih (ADAS) diperkirakan akan berkontribusi pada pertumbuhan mereka di sektor otomotif.

Selain tampilan, teknologi OLED juga memiliki potensi di industri pencahayaan, menawarkan rendering warna yang luar biasa, iluminasi seragam, dan kemampuan menciptakan desain pencahayaan unik. Fokus yang meningkat pada solusi pencahayaan hemat energi, bersama dengan pengembangan panel OLED yang lebih besar, menghadirkan peluang pertumbuhan di pencahayaan komersial, arsitektural, dan dekoratif.

Faktor lain yang mendorong pertumbuhan pasar OLED adalah kemajuan teknologi berkelanjutan, termasuk material yang lebih efektif, metode enkapsulasi, dan proses manufaktur yang memberikan kinerja lebih baik, pengurangan biaya, dan umur lebih panjang.

Namun, meskipun ada kemajuan signifikan dalam kinerja dan penggunaan luas pada tampilan smartphone, OLED masih menghadapi banyak tantangan.

Biaya adalah salah satu tantangan utama di pasar OLED. Tingginya biaya produksi disebabkan oleh kebutuhan material organik yang mahal dan proses manufaktur yang kompleks, membuatnya lebih mahal dibandingkan teknologi tradisional seperti LCD.

Masalah lain yang muncul selama proses produksi adalah yield, karena cacat kecil saja dapat menghasilkan sejumlah besar tampilan OLED yang tidak berfungsi. Selain itu, ketergantungan pada material organik tertentu menciptakan masalah rantai pasokan.

Kemudian ada masalah umur terbatas pada tampilan OLED selain efisiensi energi, yang penting untuk meminimalkan konsumsi daya dan meningkatkan masa pakai baterai pada perangkat portabel.

Faktor pembatas lain adalah ketidakmampuan menstabilkan pemancar biru yang efisien. Teknologi OLED juga bersaing dengan teknologi tampilan lain, seperti LCD (liquid crystal display) yang masih mendominasi pasar, dan micro-LED yang, meskipun masih dalam tahap awal komersialisasi, menawarkan potensi umur lebih panjang.

Selain itu, keterbatasan teknis, seperti potensi burn-in gambar dan keseragaman pada tampilan besar, juga harus diatasi melalui perbaikan material tampilan, arsitektur, dan proses manufaktur.

Peneliti secara aktif mengatasi keterbatasan ini, dengan satu kemajuan terbaru menunjukkan potensi besar untuk meningkatkan efisiensi tampilan OLED pada televisi dan smartphone.

Meningkatkan Efisiensi OLED dengan Semikonduktor Kiral

Peneliti dari University of Cambridge dan Eindhoven University of Technology telah mengembangkan semikonduktor organik yang memancarkan cahaya terpolarisasi melingkar dengan memaksa elektron bergerak dalam pola spiral.

Hal ini dicapai dengan mengatasi tantangan berdekade dalam bidang semikonduktor organik, yang tidak hanya dapat meningkatkan efisiensi tampilan OLED tetapi juga membuka jalan bagi teknologi generasi berikutnya seperti spintronik dan komputasi kuantum.

Penelitian yang dipublikasikan di Journal Science¹ mencatat minat signifikan dalam memperkenalkan kiralitas ke dalam material semikonduktor untuk mencapai luminesensi terpolarisasi melingkar (CPL) yang kuat, yang masih rendah pada OLED saat ini.

Sistem OLED efisien saat ini menggunakan molekul pemancar yang terisolasi secara spasial dalam host, yang menghasilkan CPL lemah.

Meskipun telah ada upaya untuk mencapai CPL tinggi, mereka belum kompatibel dengan arsitektur perangkat OLED yang dioptimalkan. Namun, peneliti terbaru berhasil menciptakan semikonduktor organik yang memaksa elektron bergerak dalam pola spiral.

Ini berkat cara baru membuat film tipis dan seragam dengan nanostruktur supramolekul kiral berbasis molekul triazatruxene. Metode ini sangat cocok untuk fabrikasi OLED dan menunjukkan CPL hijau yang tinggi.

“Ini adalah terobosan nyata dalam membuat semikonduktor kiral. Dengan merancang struktur molekul secara hati-hati, kami menghubungkan kiralitas struktur dengan gerakan elektron, dan itu belum pernah dilakukan pada tingkat ini sebelumnya.”

– Professor Bert Meijer from the Eindhoven University of Technology.

Semikonduktor kiral yang dikembangkan memancarkan cahaya terpolarisasi melingkar, yang berarti cahaya membawa informasi tentang ‘handedness’ elektron.

Masalahnya, kebanyakan struktur internal semikonduktor anorganik bersifat simetris, sehingga elektron tidak bergerak ke arah tertentu.

Dalam alam, molekul biasanya memiliki struktur kiral, baik kiri maupun kanan. Molekul kiral (seperti DNA) merupakan cermin satu sama lain, dan kiralitas memainkan peran kunci dalam proses biologis. Namun, sulit untuk memanfaatkan dan mengontrolnya dalam elektronik.

Jadi, untuk menciptakan semikonduktor kiral, peneliti mengambil inspirasi dari alam. Mereka mendorong tumpukan molekul semikonduktor membentuk kolom spiral kanan atau kiri yang teratur.

Semikonduktor kiral ini menunjukkan potensi dalam teknologi tampilan, di mana produk saat ini cenderung membuang banyak energi karena cara cahaya disaring oleh layar. Semikonduktor kiral yang baru dikembangkan secara alami memancarkan cahaya dengan cara yang dapat mengurangi kehilangan ini, sehingga layar menjadi lebih terang dan lebih efisien energi.

“Ketika saya mulai bekerja dengan semikonduktor organik, banyak orang meragukan potensinya, tetapi sekarang mereka mendominasi teknologi tampilan. Tidak seperti semikonduktor anorganik yang kaku, material molekuler menawarkan fleksibilitas luar biasa — memungkinkan kami merancang struktur baru sepenuhnya, seperti LED kiral. Ini seperti bermain dengan set Lego dengan segala bentuk yang dapat Anda bayangkan, bukan hanya balok persegi panjang.”

Material yang digunakan sebagai dasar semikonduktor adalah triazatruxene (TAT), yang menyusun dirinya menjadi tumpukan heliks dengan pitch enam molekul. Ini memungkinkan elektron melilit sepanjang struktur, membantu memperoleh CPL yang diamati.
Ketika terpapar cahaya UV, TAT yang merakit sendiri “memancarkan cahaya hijau terang dengan polarisasi melingkar yang kuat.” Co-author Marco Preuss dari Eindhoven University of Technology mencatat bahwa efek ini sangat sulit dicapai pada semikonduktor—hingga kini.

“Struktur TAT memungkinkan elektron bergerak efisien sambil memengaruhi cara cahaya dipancarkan.”

– Preuss

Mengubah metode fabrikasi OLED memungkinkan peneliti berhasil menggunakan TAT dalam OLED terpolarisasi melingkar (CP-OLED), yang menunjukkan kecerahan, efisiensi, dan tingkat polarisasi yang luar biasa.
Studi menunjukkan OLED mencapai efisiensi kuantum eksternal hingga 16% dan disimetrisitas elektroluminesensi kurang dari atau setara dengan 10%. Menurut co-first author Rituparno Chowdhury dari Cavendish Laboratory Cambridge:

“Kami pada dasarnya mengubah resep standar pembuatan OLED seperti yang ada di smartphone kami, memungkinkan kami menjebak struktur kiral dalam matriks stabil yang tidak mengkristal. Ini menyediakan cara praktis untuk menciptakan LED terpolarisasi melingkar, sesuatu yang selama ini belum tercapai dalam bidang ini.”

Selain tampilan, pengembangan terbaru ini juga memiliki implikasi untuk komputasi kuantum serta spintronik, di mana momentum sudut (atau spin) intrinsik elektron digunakan untuk menyimpan dan memproses informasi untuk sistem komputasi yang lebih cepat dan lebih aman.
Mengenai adopsi dunia nyata, terobosan ini dapat mulai melihat aplikasi komersialnya dalam teknologi tampilan dalam 3 hingga 5 tahun ke depan, sementara aplikasi dalam spintronik dan komputasi kuantum mungkin berkembang dalam dekade berikutnya.

Perusahaan Inovatif

Universal Display Corporation (OLED )

Universal Display Corporation (UDC) adalah pemimpin dalam pengembangan dan komersialisasi teknologi OLED untuk digunakan dalam tampilan panel datar, pencahayaan, dan elektronik organik. Ini juga merupakan pemasok utama material dan teknologi organik untuk tampilan dan pencahayaan OLED.

Didirikan sekitar tiga dekade lalu, UDC bertujuan menciptakan generasi tampilan berikutnya. Teknologi dan material proprietari perusahaan digunakan dalam produk OLED komersial di seluruh dunia, termasuk smartphone, smartwatch, tablet, TV, dan lainnya. Contoh paling menonjol adalah TV OLED LG dan seri Galaxy Samsung. UDC memiliki lebih dari 6.000 paten yang telah diterbitkan dan dalam proses di seluruh dunia.

Perusahaan mengkhususkan diri dalam riset, pengembangan, dan komersialisasi material OLED fosforesen (PHOLED), yang menawarkan efisiensi lebih tinggi dan kinerja yang ditingkatkan.

Dengan kapitalisasi pasar $7,425 miliar, saham USD diperdagangkan pada $156,41 pada saat penulisan ini, naik 6,98% YTD. EPS (TTM) adalah 4,65, dan rasio P/E (TTM) adalah 33,64, sementara dividend yield adalah 1,15%.

Sebulan yang lalu, Universal Display Corporation mengumumkan hasil keuangannya, yang mengungkapkan pendapatan $162,3 juta pada Q4 2024, naik dari $158,3 juta pada kuartal yang sama tahun 2023.

Pendapatan dari penjualan material meningkat menjadi $93,3 juta selama periode ini karena permintaan yang kuat untuk material emitter perusahaan. Royalti dan biaya lisensi menyumbang $64,4 juta pada pendapatan, yang menurun karena pengurangan penyesuaian catch-up kumulatif.

Pada Q4, biaya penjualan material perusahaan sebesar $34,2 juta karena volume material per unit yang lebih tinggi, dan total margin kotor adalah 77%. Pendapatan operasi sebesar $52,5 juta, dan laba bersih $46,0 juta atau $0,96 per saham terdilusi.

Untuk tahun penuh, perusahaan melaporkan total pendapatan $647,7 juta, meningkat 12,36% dari tahun sebelumnya. Ini termasuk $365,4 juta dari penjualan material, yang berbiaya $137 juta, dan $266,8 juta dari royalti dan biaya lisensi.

Pendapatan operasi sebesar $238,8 juta, sementara laba bersih $222,1 juta atau $4,65 per saham terdilusi pada 2024 dibandingkan $203 juta atau $4,24 per saham terdilusi pada 2023.

UDC juga melaporkan biaya restrukturisasi $8,9 juta terkait penutupan lokasi OVJP California yang direncanakan.

Membicarakan “tahun rekor kinerja keuangan solid,” Brian Millard, Wakil Presiden dan Chief Financial Officer UDC, mencatat pertumbuhan dan kemajuan yang terlihat di seluruh industri OLED.

Perusahaan memperluas roadmap produk mereka, dan pembuat panel terkemuka berinvestasi dalam fab baru untuk memenuhi permintaan yang meningkat, terutama di pasar IT dan otomotif yang sedang berkembang, kata Millard, menambahkan:

“Kami percaya siklus capex baru ini akan membuka jalan bagi kapasitas OLED baru yang berarti, produk OLED baru, dan adopsi OLED baru.”

Untuk tahun ini, UDC memperkirakan pendapatannya antara $640 juta dan $700 juta, mencatat bahwa “industri OLED tetap pada tahap di mana banyak variabel dapat memiliki dampak material pada hasil.”
Perusahaan juga mengumumkan dividen tunai $0,45 per saham untuk kuartal pertama 2025, dibayarkan pada 31 Maret 2025, kepada semua pemegang saham.

“Sebagai pionir dan pemimpin dalam ekosistem, kami berada pada posisi yang baik untuk terus mendukung pelanggan kami dan memungkinkan industri dengan portofolio material fosforesen yang hemat energi, berperforma tinggi, dan teknologi OLED yang terus berkembang.”

– CFO Millard

Terbaru tentang Universal Display Corporation

Kesimpulan

Evolusi diode pemancar cahaya telah secara signifikan meningkatkan teknologi tampilan dan pencahayaan. Dalam kemajuan ini, teknologi OLED telah memberi kita manfaat kualitas gambar yang lebih baik, desain yang lebih tipis dan ringan, fleksibilitas, dan inovasi.

Meskipun teknologi OLED telah berkembang pesat sejak masa awalnya, ia menghadapi tantangan dalam hal efisiensi dan biaya. Oleh karena itu, kemajuan terbaru dalam semikonduktor kiral menandai momen penting dalam pengembangannya.

Kemampuan mengontrol gerakan elektron dan memancarkan cahaya terpolarisasi melingkar dengan efisiensi tinggi dapat secara signifikan mengubah teknologi tampilan. Ini juga akan membuka pintu bagi kemungkinan baru dalam komputasi kuantum dan spintronik.

Dengan aplikasi komersial inovasi ini di cakrawala, penelitian ini dapat mendefinisikan kembali cara elektronik beroperasi dan memimpin pada perangkat elektronik yang lebih hemat energi dan berperforma tinggi dalam waktu dekat.