Emisi Cahaya Terpilin: Meningkatkan Efisiensi Elektronik Masa Depan

Bola lampu diciptakan untuk memberikan pencahayaan yang konsisten dan membuatnya dapat diakses oleh masyarakat umum. Penelitian dan eksperimen berkelanjutan untuk membuatnya lebih hemat biaya menghasilkan pengembangan dioda pemancar cahaya, atau LED.

Teknologi LED ditemukan lebih dari setengah dekade lalu oleh ilmuwan Nick Holonyak Jr. saat bekerja di General Electric, yang menyebutnya sebagai “yang ajaib.”

Karena LED terus menjadi lebih baik dari waktu ke waktu, ia menjadi lebih terang, lebih hemat biaya, dan lebih andal, yang menyebabkan penggunaannya meluas pada lampu lalu lintas, menggantikan bohlam pijar.

Saat ini, bohlam “kuning” tradisional terbatas pada aplikasi tertentu, sementara LED unggul dalam aplikasi pencahayaan umum berkat efisiensi energi yang unggul, masa pakai yang lebih lama, dan fleksibilitasnya.

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

Ini adalah hasil penelitian para peneliti yang mengeksplorasi kemungkinan menggunakan senyawa organik sebagai pengganti bahan anorganik untuk mencapai efek yang sama seperti LED, yang menghasilkan cahaya dengan mengalirkan listrik melalui bahan semikonduktor. 

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

Sementara LED dan OLED sama-sama menggunakan listrik untuk menghasilkan cahaya, OLED memancarkan cahaya menggunakan bahan organik. LED organik ini menggunakan bahan berbasis karbon, yang memungkinkannya menawarkan tampilan yang lebih tipis, reproduksi warna yang lebih baik, dan waktu respons yang lebih cepat daripada LED tradisional.

Hasilnya, teknologi OLED telah digunakan di ponsel pintar, TV, dan perangkat elektronik canggih lainnya. Akan tetapi, meskipun teknologi OLED berkembang pesat, teknologi ini belum banyak digunakan.

Sekilas tentang Teknologi OLED

Sekarang, mari kita lihat lebih dekat OLED. Dioda pemancar cahaya organik, tidak seperti LED, merupakan sumber cahaya dengan area difusi karena dibuat dalam bentuk lembaran. Sebaliknya, LED merupakan sumber cahaya yang terkonsentrasi dan memiliki titik-titik kecil.

Cahaya difusi OLED memungkinkannya digunakan sangat dekat dengan permukaan kerja dan tidak menimbulkan silau bagi pengguna. Ini berarti pengguna dapat memperoleh pencahayaan yang diinginkan dengan cahaya yang lebih sedikit, sehingga sangat efisien.

Sementara itu, fleksibilitas OLED memungkinkannya dibuat dalam hampir semua bentuk, memperluas kemungkinan desain dan memungkinkan pengalaman pencahayaan baru.

Dalam hal struktur OLED, perangkat solid-state ini mengandung serangkaian lapisan semikonduktor tipis berbasis karbon di antara dua elektroda konduktif, anoda, dan katoda. 

Perangkat ini memancarkan cahaya saat elektroda yang berdekatan mengalirkan arus listrik. Agar cahaya dapat keluar dari perangkat, setidaknya salah satu elektroda harus transparan.

Dengan mengendalikan jumlah arus listrik yang diberikan, intensitas cahaya yang dipancarkan dapat disesuaikan. 

Sedangkan untuk warna cahaya, ditentukan oleh jenis bahan emisif yang digunakan. Misalnya, cahaya putih dihasilkan dengan menggunakan pemancar merah, hijau, dan biru yang dapat diatur dalam beberapa konfigurasi.

Jenis OLED lainnya termasuk OLED putih, OLED transparan, OLED matriks aktif, OLED matriks pasif, OLED yang dapat dilipat, dan OLED pemancar atas.

Saat ini, OLED merupakan teknologi layar ponsel pintar yang dominan. Hal ini dikarenakan layar OLED tidak hanya tipis dan efisien, tetapi juga transparan, fleksibel, dan dapat dilipat, sekaligus menawarkan kualitas gambar terbaik. Sudut pandang yang lebar dan rasio kontras yang tinggi merupakan keunggulan lain dari teknologi OLED dibandingkan teknologi layar tradisional.

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

Meningkatnya Penggunaan Teknologi OLED

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

Pasar sebenarnya adalah diproyeksikan tumbuh pada CAGR sebesar 13.20% antara tahun 2022 dan 2029, mencapai ukuran $104.4 miliar.

Pendorong utama pertumbuhan ini adalah meningkatnya permintaan di sektor elektronik konsumen. Selain itu, pasar yang berkembang untuk perangkat yang dapat dikenakan dan integrasi layar OLED dalam perangkat AR dan VR menghadirkan peluang pertumbuhan baru.

Lalu ada kemunculan layar OLED yang fleksibel dan dapat dilipat, yang merupakan tren baru yang menarik, menjanjikan kenyamanan layar yang lebih besar dalam bentuk yang ringkas. Layar ini memungkinkan desain dan aplikasi produk yang inovatif untuk pengalaman yang 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 tingkat lanjut (ADAS) diharapkan berkontribusi terhadap pertumbuhan mereka di sektor otomotif.

Selain layar, teknologi OLED juga berpotensi dalam industri pencahayaan, menawarkan tampilan warna yang sangat baik, pencahayaan yang seragam, dan kemampuan untuk menciptakan desain pencahayaan yang unik. Meningkatnya fokus pada solusi pencahayaan hemat energi, dikombinasikan dengan pengembangan panel OLED yang lebih besar, menghadirkan peluang pertumbuhan dalam aplikasi pencahayaan komersial, pencahayaan arsitektur, dan pencahayaan dekoratif.

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

Namun, meskipun kinerjanya meningkat secara signifikan dan digunakan secara luas pada layar telepon pintar, OLED masih menghadapi banyak tantangan. 

Biaya merupakan salah satu tantangan utama di pasar OLED. Tingginya biaya produksi disebabkan oleh fakta bahwa layar OLED memerlukan bahan organik yang mahal dan proses produksi yang rumit, yang membuatnya lebih mahal daripada teknologi tradisional seperti LCD. 

Masalah lain yang muncul selama proses produksi adalah hasil produksi, karena cacat kecil saja dapat mengakibatkan sejumlah besar layar OLED tidak berfungsi. Selain itu, ketergantungan pada bahan organik tertentu menciptakan masalah rantai pasokan.

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

Faktor pembatas lainnya adalah ketidakmampuan untuk menstabilkan pemancar biru yang efisien. Teknologi OLED juga menghadapi persaingan dari teknologi tampilan lainnya, seperti LCD (liquid crystal display), yang masih mendominasi pasar, dan micro-LED, yang, meskipun masih dalam tahap awal komersialisasi, menawarkan masa pakai yang lebih lama. 

Selain itu, keterbatasan teknis, seperti potensi terjadinya burnout gambar dan keseragaman di seluruh layar besar, juga harus diatasi melalui peningkatan bahan layar, arsitektur, dan proses manufaktur.

Para peneliti secara aktif mengatasi keterbatasan ini, dengan satu kemajuan terkini yang menonjolkan potensi besar untuk meningkatkan efisiensi layar OLED pada televisi dan telepon pintar.

Meningkatkan Efisiensi OLED dengan Semikonduktor Kiral

Para peneliti dari Universitas Cambridge dan Universitas Teknologi Eindhoven telah mengembangkan semikonduktor organik yang memancarkan cahaya terpolarisasi melingkar dengan mendorong elektron bergerak dalam pola spiral. 

Hal ini dicapai dengan memajukan tantangan yang telah berlangsung puluhan tahun di bidang semikonduktor organik, yang tidak hanya dapat meningkatkan efisiensi layar OLED tetapi juga membuka jalan bagi teknologi generasi berikutnya seperti spintronik dan komputasi kuantum.

Penelitian dipublikasikan di Jurnal Science¹ mencatat minat yang signifikan dalam memperkenalkan kiralitas ke dalam bahan semikonduktor untuk mencapai pendaran terpolarisasi melingkar (CPL) yang kuat, yang rendah dalam OLED yang ada.

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

Meskipun berbagai upaya telah dilakukan untuk mencapai CPL yang tinggi, upaya tersebut belum kompatibel dengan arsitektur perangkat OLED yang dioptimalkan. Akan tetapi, para peneliti terbaru telah berhasil menciptakan semikonduktor organik yang mendorong elektron bergerak dalam pola spiral.

Hal ini berkat cara baru untuk membuat lapisan tipis dan seragam dengan nanostruktur supramolekul kiral berdasarkan molekul triazatruxene. Metode ini benar-benar cocok untuk fabrikasi OLED dan menunjukkan CPL hijau yang tinggi. 

"Ini adalah terobosan nyata dalam pembuatan semikonduktor kiral. Dengan merancang struktur molekul secara cermat, kami telah menggabungkan kiralitas struktur dengan gerakan elektron, dan hal itu belum pernah dilakukan pada tingkat ini sebelumnya."

– Profesor Bert Meijer dari Universitas Teknologi Eindhoven. 

Semikonduktor kiral yang dikembangkan memancarkan cahaya terpolarisasi melingkar, yang berarti bahwa cahaya membawa informasi tentang 'keberpihakan' elektron. 

Masalahnya, sebagian besar struktur internal semikonduktor anorganik bersifat simetris, sehingga elektron tidak bergerak ke arah yang disukai. 

Di alam, molekul biasanya memiliki struktur kiral, baik struktur tangan kiri maupun tangan kanan. Molekul kiral (seperti DNA) merupakan bayangan cermin satu sama lain, dan kiralitas memainkan peran penting dalam proses biologis. Akan tetapi, sulit untuk memanfaatkan dan mengendalikan elektronika.

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

Semikonduktor kiral ini menunjukkan harapan dalam teknologi tampilan, di mana produk saat ini cenderung membuang banyak energi karena cara cahaya disaring oleh layar. Sementara itu, semikonduktor kiral yang baru dikembangkan secara alami memancarkan cahaya dengan cara yang dapat mengurangi kerugian ini, yang pada gilirannya membuat layar lebih terang dan lebih hemat energi.

Menurut Profesor Sir Richard Friend dari Laboratorium Cavendish Cambridge, yang ikut memimpin penelitian tersebut:

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

Material yang digunakan sebagai fondasi semikonduktor adalah triazatruxene (TAT), yang menyusun dirinya menjadi tumpukan heliks (spiral) dengan susunan enam molekul. Hal ini memungkinkan elektron untuk melingkar di sepanjang strukturnya, membantu memperoleh CPL yang teramati. 

Saat terkena sinar UV, TAT yang dirakit sendiri “memancarkan cahaya hijau terang dengan polarisasi melingkar yang kuat.” Rekan penulis Marco Preuss dari Universitas Teknologi Eindhoven mencatat bahwa efek ini cukup sulit diperoleh dalam semikonduktor—hingga saat ini. 

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

– Harga

Perubahan metode fabrikasi OLED memungkinkan para peneliti untuk berhasil menggunakan TAT dalam OLED terpolarisasi melingkar (CP-OLED), yang menunjukkan tingkat kecerahan, efisiensi, dan polarisasi yang luar biasa.

Studi tersebut menunjukkan bahwa OLED menunjukkan efisiensi kuantum eksternal hingga 16% dan disimetri elektroluminesensi kurang dari atau setara dengan 10%. Menurut salah satu penulis pertama Rituparno Chowdhury dari Laboratorium Cavendish di Cambridge:

"Kami pada dasarnya telah mengerjakan ulang resep standar untuk membuat OLED seperti yang kami miliki di ponsel pintar, yang memungkinkan kami untuk menjebak struktur kiral dalam matriks yang stabil dan tidak mengkristal. Ini memberikan cara praktis untuk membuat LED terpolarisasi melingkar, sesuatu yang telah lama luput dari perhatian di bidang ini."

Selain tampilan, perkembangan terbaru ini juga memiliki implikasi untuk komputasi kuantum serta spintronik, di mana momentum sudut (atau spin) elektron yang melekat digunakan untuk menyimpan dan memproses informasi untuk sistem komputasi yang lebih cepat dan lebih aman.

Mengenai adopsi di 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 dapat berkembang selama dekade berikutnya.

Perusahaan Inovatif

Perusahaan Tampilan Universal (OLED )

Universal Display Corporation (UDC) adalah pemimpin dalam pengembangan dan komersialisasi teknologi OLED untuk penggunaan pada layar panel datar, pencahayaan, dan elektronik organik. Perusahaan ini juga merupakan pemasok utama bahan dan teknologi organik untuk layar OLED dan pencahayaan. 

Didirikan sekitar tiga dekade lalu, UDC bertujuan untuk menciptakan layar generasi berikutnya. Teknologi dan material milik perusahaan ini telah digunakan dalam produk OLED komersial di seluruh dunia, termasuk ponsel pintar, jam tangan pintar, tablet, TV, dan banyak lagi. Contoh yang paling menonjol adalah TV OLED LG dan seri Galaxy Samsung. UDC memiliki lebih dari 6,000 paten yang telah diterbitkan dan sedang dalam proses di seluruh dunia.

Perusahaan ini mengkhususkan diri dalam penelitian, pengembangan, dan komersialisasi bahan OLED berpendar (PHOLED), yang menawarkan efisiensi lebih tinggi dan kinerja yang lebih baik. 

Dengan kapitalisasi pasar sebesar $7.425 miliar, saham USD diperdagangkan pada harga $156.41 saat artikel ini ditulis, naik 6.98% YTD. EPS (TTM)-nya adalah 4.65, dan rasio P/E (TTM) adalah 33.64, sedangkan imbal hasil dividennya adalah 1.15%.

Sebulan yang lalu, Universal Display Corporation mengumumkan hasil keuangannya, yang mengungkapkan pendapatan sebesar $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 meningkatnya permintaan material emitor perusahaan. Royalti dan biaya lisensi menyumbang $64.4 juta terhadap pendapatan, yang menurun karena berkurangnya penyesuaian kumulatif.

Pada Q4, biaya penjualan material perusahaan adalah $34.2 juta karena volume material per unit yang lebih tinggi, dan total margin kotor adalah 77%. Pendapatan operasional adalah $52.5 juta, dan laba bersih adalah $46.0 juta atau $0.96 per saham dilusian.

Sepanjang tahun, perusahaan melaporkan total pendapatan sebesar $647.7 juta, meningkat 12.36% dari tahun sebelumnya. Pendapatan ini termasuk $365.4 juta dari penjualan material, yang menghabiskan biaya $137 juta, dan $266.8 juta dari royalti dan biaya lisensi.

Pendapatan operasional sebesar $238.8 juta, sedangkan laba bersih sebesar $222.1 juta atau $4.65 per saham dilusian pada tahun 2024 dibandingkan dengan $203 juta atau $4.24 per saham dilusian pada tahun 2023.

UDC juga melaporkan biaya restrukturisasi sebesar $8.9 juta terkait dengan rencana penutupan lokasi OVJP California.

Berbicara tentang "tahun pemecahan rekor kinerja keuangan yang solid," Brian Millard, Wakil Presiden dan Kepala Pejabat Keuangan UDC, mencatat pertumbuhan dan kemajuan yang terlihat di seluruh industri OLED. 

Perusahaan-perusahaan tengah memperluas peta jalan produk mereka, dan produsen panel terkemuka tengah berinvestasi dalam pabrik-pabrik baru untuk memenuhi permintaan yang terus meningkat, khususnya di pasar TI dan otomotif yang tengah berkembang, ungkap Millard, seraya menambahkan:

“Kami yakin siklus belanja modal baru ini akan membuka jalan bagi kapasitas OLED baru yang signifikan, produk OLED baru, dan pengguna OLED baru.”

Untuk tahun ini, UDC memperkirakan pendapatannya antara $640 juta dan $700 juta, dengan mencatat bahwa “industri OLED masih dalam tahap di mana banyak variabel dapat berdampak material pada hasil.”

Perusahaan juga mengumumkan dividen tunai sebesar $0.45 per saham untuk kuartal pertama tahun 2025, yang dibayarkan pada tanggal 31 Maret 2025 kepada semua pemegang saham.

“Sebagai pelopor dan pemimpin dalam ekosistem, kami berada dalam posisi yang tepat untuk terus mendukung pelanggan kami dan memberdayakan industri dengan portofolio material berpendar dan teknologi OLED yang hemat energi dan berkinerja tinggi.”

– Kepala Keuangan Millard

Informasi terbaru tentang Universal Display Corporation

Kesimpulan

Perkembangan dioda pemancar cahaya telah meningkatkan teknologi tampilan dan pencahayaan secara signifikan. Dalam kemajuan ini, teknologi OLED telah memberikan manfaat berupa kualitas gambar yang lebih baik, desain yang lebih tipis dan ringan, fleksibilitas, dan inovasi. 

Meskipun teknologi OLED telah berkembang pesat sejak awal kemunculannya, teknologi ini menghadapi tantangan dalam hal efisiensi dan biaya. Oleh karena itu, kemajuan terkini dalam semikonduktor kiral menandai momen penting dalam pengembangannya.

Kemampuan untuk mengendalikan pergerakan elektron dan memancarkan cahaya terpolarisasi melingkar dengan efisiensi tinggi dapat mengubah teknologi tampilan secara signifikan. Hal ini juga akan membuka pintu bagi kemungkinan baru dalam komputasi kuantum dan spintronik. 

Dengan penerapan komersial inovasi ini di masa mendatang, penelitian ini dapat mendefinisikan ulang cara kerja elektronik dan menghasilkan perangkat elektronik yang lebih hemat energi dan berkinerja tinggi dalam waktu dekat.