OLED-schermen domineren mobiele telefoons en hebben een groot deel van de high-end tv-markt veroverd, dankzij hun scherpe beelden, diepe zwartniveaus en brede kijkhoeken.

Maar OLED-technologie doet het niet beter dan het alternatief – LCD’s – wat betreft levensduur of helderheid. En energie-efficiëntie is een gooi, afhankelijk van de beelden die worden weergegeven.

Dit jaar zal OLED een grote impuls krijgen in alle drie deze statistieken, wanneer blauw fosforescerende OLED (PHOLED)-materialen commercieel beschikbaar komen. Common Show Corp. (UDC), dat deze technologie al tientallen jaren achtervolgt, zegt dat het deze technologie eindelijk heeft onderschept en op het punt staat met de massaproductie te beginnen.

“Veel onderzoeksgroepen hebben eraan gewerkt, veel mensen hebben erover gepubliceerd, maar wij geloven dat we het hebben”, zegt Michael Hack, vice-president bedrijfsontwikkeling bij UDC.

En hoewel fabrikanten van mobiele telefoons en television’s doorgaans terughoudend zijn over aankomende ontwerpen, zullen ze waarschijnlijk zodra ze kunnen blauwe PHOLED’s in hun apparaten stoppen.

Fluorescerende versus fosforescerende OLED’s

Om te begrijpen waarom een ​​blauwe PHOLED zo belangrijk is, moet je het verschil begrijpen tussen conventionele OLED’s en de nieuwere, fosforescerende exemplaren. En dan moet je bedenken hoe de huidige OLED-schermen zijn gestructureerd.

OLED’s (organische lichtemitterende diodes) zetten elektrische energie rechtstreeks om in fotonen. Ze hebben meerdere lagen, waaronder een kathode, een anode en een emissieve laag. Wanneer stroom door een OLED gaat, verlaten elektronen de kathode en verlaten gaten de anode; ze recombineren in de centrale emissielaag, verbinden zich tot excitonen en geven tijdens het verval licht of warmte vrij.

Afhankelijk van hoe de spintoestanden van de moleculen op één lijn liggen, kan dit proces twee soorten voortbrengen excitonen: singletten en drielingen. Singlets zijn doorgaans in de minderheid dan drielingen van drie tegen één, legt UDC’s Hack uit. Dat is een probleem, need bij traditionele (dat wil zeggen fluorescerende) OLED’s zenden alleen de singlets fotonen uit, terwijl de triplets hun energie vrijgeven als warmte. En dat is inefficiënt: beeldschermen met fluorescerende OLED-materialen zetten slechts 25 procent van de binnenkomende elektrische energie om in licht. De overtollige warmte kan de levensduur van een apparaat aantasten.

Wanneer zware metalen worden toegevoegd aan de combine van organische verbindingen waaruit OLED’s bestaan, veranderen de spintoestanden, zegt Hack, en zenden zelfs de triplet-excitonen licht uit. Het resultaat is een fosforescerende OLED. Het is potentieel 100 procent efficiënt en genereert geen schadelijke hitte.

Fosforescerende rode OLED’s bestaan ​​al ongeveer twintig jaar; groen is beschikbaar voor één. Maar het creëren van blauw, dat het hoogste energieniveau van de drie kleuren heeft, was een uitdaging.

“We hebben al jaren veel slimme scheikundigen en natuurkundigen die aan dit probleem werken”, zegt Hack. “Hoe meer energie er bij betrokken is, hoe waarschijnlijker het is dat er slechte dingen kunnen gebeuren, dus het is moeilijk geweest om een ​​lange levensduur te krijgen. Maar we zullen het in 2024 beschikbaar hebben.”

“De natuurkunde is een grote uitdaging, omdat die korte, hoogenergetische golflengten van licht het materiaal bijna vernietigen terwijl het wordt gegenereerd”, zegt Jeff Yurek, vice-president advertising van Nanosys, een kwantumdotfabrikant die nu een divisie is van Shoei Chemical. “Het is ook moeilijk om een ​​echt blauw van 450 nanometer te maken (de standaardgolflengte voor blauw), en niet 460 of 470. Sommige mensen hadden dit afgeschreven als onmogelijk te bereiken.”

De PHOLED’s van UDC zijn tot nu toe de enige in welke kleur dan ook die in de handel verkrijgbaar zijn, zegt analist Robert J. O’Brien, medeoprichter van het marktonderzoeksbureau DSCCen UDC levert al rode en groene PHOLED’s aan vrijwel elke fabrikant van OLED-schermen. UDC zegt niet hoeveel premium blauwe PHOLED’s de traditionele blauwe OLED’s zullen overheersen. Maar Hack zegt dat als onderdeel van een beeldscherm de kosten van OLED-materialen van welke soort dan ook minimaal zijn.

Blauwe PHOLED’s voor een langere levensduur van de batterij van uw mobiele telefoon

Wat zal de beschikbaarheid van blauwe PHOLED’s betekenen? Dat hangt af van het show waarin ze zullen worden verwerkt.

De huidige smartphoneschermen maken rechtstreeks gebruik van OLED’s, zonder kleurfilters. Elke pixel heeft drie OLED-subpixels: rood, groen en blauw. Momenteel gebruiken alleen de rode en groene subpixels fosforescerende OLED’s, en dus moet het blauw vertrouwen op de minder efficiënte fluorescerende OLED. Dat betekent dat de blauwe subpixel over het algemeen veel groter is dan de andere twee, om de vereiste helderheid te produceren zonder de levensduur te verkorten.

Het vervangen van het fluorescerende blauw door fosforescerend blauw betekent een meer gebalanceerde pixelstructuur en zou in de toekomst beeldschermen met een hogere resolutie mogelijk kunnen maken. Op de korte termijn zal de overstap leiden tot een efficiëntiewinst van ongeveer 25 procent; fabrikanten kunnen hiervan profiteren om de levensduur van de batterij te verlengen, de grootte van de batterij te verkleinen of een helderder scherm mogelijk te maken. En in al deze gevallen zou het verminderen van de warmteontwikkeling van buitenaf de levensduur van alle omringende elektronica moeten verlengen.

Blauwe PHOLED’s maken goedkopere, helderdere television’s mogelijk

TV-fabrikanten gebruiken OLED’s een beetje anders dan fabrikanten van telefoonschermen, en ze hebben een verschillende aanpak.

De OLED TV-schermen van Samsung gebruik alleen blauwe OLED’s, waarbij de noodzakelijke rode en groene subpixels worden gecreëerd door het gebruik van kwantumdots, een materiaal dat lichtenergie op de ene golflengte opneemt en deze op een andere golflengte uitstraalt. De overstap van het huidige fluorescerende blauw naar fosforescerend blauw zal de beeldschermen van Samsung dus veel efficiënter maken. Het zal ze ook gemakkelijker en goedkoper maken om te produceren, zegt analist O’Brien. Om de noodzakelijke helderheid uit de huidige fluorescerende blauwe OLED’s te halen, Samsung gebruikt nu drie lagen van het materiaal. Met PHOLED’s kan Samsung dat aantal terugbrengen tot twee, zegt O’Brien, en mogelijk zelfs tot één. Of Samsung zou ervoor kunnen kiezen om het bij drie lagen te houden, althans in sommige premiummodellen, en de helderheid aanzienlijk te verhogen, zegt Yurek van Nanosys.

LG, een andere grote fabrikant van OLED-tv’s, bouwt zijn beeldschermen door lagen rode, groene en blauwe OLED’s te combineren. De rode en groene lagen zijn fosforescerend en het blauw is fluorescerend, waardoor wit licht ontstaat dat vervolgens met behulp van kleurenfilters in subpixels wordt gescheiden. Het huidige ontwerp vereist twee blauwe lagen in de stapel; PHOLED blauw zou LG in staat moeten stellen dat tot één laag terug te brengen.

Internet als bij mobiele telefoonschermen zou de overstap naar blauwe PHOLED’s in television’s de levensduur van het scherm moeten verlengen. Hack zegt: “Het leven is het beste als apparaten koel zijn en minder stroom verbruiken.”

Wie zal als eerste blauwe PHOLED’s inzetten?

Wanneer zullen beeldschermen met blauw fosforescerende OLED’s in handen van de consument komen? Mogelijk dit jaar, zegt O’Brien, en hoogstwaarschijnlijk eerst van Samsung, om een ​​aantal redenen.

Ten eerste is Samsung er klaar voor, zegt hij. De onderzoekers van het bedrijf ontwikkelen al jaren fosforescerende blauwe OLED’s en publiceren regelmatig artikelen over hun inspanningen. Ze zijn dus waarschijnlijk al ver gevorderd met het plannen van hoe ze het gaan gebruiken bij het ontwerpen van shows. Deze beeldschermen verschijnen niet alleen in producten van het merk Samsung. Naast het maken van shows voor de eigen telefoons, levert Samsung deze aan vele andere fabrikanten. Het bedrijf is de grootste displayleverancier voor iPhones, zegt O’Brien.

Samsung zal waarschijnlijk ook de eerste zijn die blauwe PHOLED’s in tv-schermen integreert, zowel vanwege de onderzoekssprong als omdat de affect op het geheel blauwe OLED-scherm groter zal zijn dan die van LG’s gemengde kleurenaanpak.

Als hij naar de toekomst kijkt, ziet O’Brien dat blauwe PHOLED’s OLED-schermen in het algemeen aantrekkelijker maken. Verwacht dat ze zich van telefoons en grote television’s zullen gaan verplaatsen naar tablets, notebooks en computer systems, waar de LCD-technologie nog terrein moet prijsgeven.

Dit artikel verschijnt in het gedrukte nummer van januari 2024 als “Een verandering achter de schermen voor OLED.”