CC BY
4
УДК 621.3
Кувшинов Н.Е.
инженер научно-исслед. лаборатории «ФХПЭ» Казанский государственный энергетический университет
Галяутдинов А.А. студент ИКТЗИ
Казанский национальный исследовательский технический
университет имени А.Н. Туполева - КАИ
Россия, г. Казань РАЗВИТИЕ РЫНКА ОРГАНИЧЕСКИХ СВЕТОДИОДОВ В ОБЛАСТИ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОНИКИ
В последние годы наблюдается динамичное развитие рынка исплеев с использованием органических светодиодов (ОСИД), которые в некоторых областях применения занимают до 20% от всего объема производства. При этом в научной и прикладной литературе практически отсутствует информация по конструктивным решениям, применяемым материалам и перспективам развития данной области. В данной статье приводится подробная информация по актуальным нюансам разработки и производства устройств отображения информации на ОСИД.
Ключевые слова: материалы органическая электроника, устройств отображения информации, развития отрасли и ОСИД.
Kuvshinov N.E., engineer laboratory "FHPE" Kazan State Power Engineering University
Russia, Kazan
MARKET DEVELOPMENT OF ORGANIC LIGHT-EMITTING DIODES IN ELECTRONICS MANUFACTURING
In recent years there has been rapid development of the market of displays using organic light-emitting diodes (OLEDs), which in some applications take p to 20% of total production. In the scientific literature, and applied practically no information on design solutions, the materials used and the prospects for envelopment of this area. This article provides detailed information on the actual nuances of design and manufacture of devices on the OLED display.
Keywords: materials, organic electronics and information display devices, development of the industry and OLEDs
Материалы, используемые в органических светодиодных дисплеях, подразделяются с функциональной точки зрения на две категории -материалы функциональных слоев и свето-эмиссионные материалы. К материалам функциональных слоев следует относить:
а) дырочно- транспортный слой (hole transport layer, HTL);
б) дырочно- инжектирующий слой (hole injec-tion layer, HIL); в) слой транспорта электронов (electron transport layer, ETL); г) слой инжекции электронов (electron injection layer, EIL);
д) слой захвата (capping layer, CPL);
е) зарядогенерирующий слой (charged genera-tion layer, CGL); ж) слой блокирования электронов (electron blocking layer, EBL);
з) слой повышения эффективности (efficiency enhanced layer, EEL).
Слои EBL и EEL в настоящее время используются редко, слой CGL используется только в органических светодиодных панелях белого свечения (white organic light- emitting diode WOLED).
Материалы светоэмиссионных слоев, в свою очередь, состоят из красной, синей и зеленой базовых составляющих, а также соответствующих допантов. Также в WOLED-устройствах в ряде случаев дополнительно используются материалы слоев желто-зеленого цвета.
Исследования в области поиска новых технологических и конструктивных решений ведутся достаточно интенсивно, при этом на сегодняшний день наблюдается достаточно большой временной разрыв между первичным нахождением новых решений или материалов и промышленной реализацией таких технологий.
Основным комплексным достижением в области оптимизации и поиска новых технологических решений за последние годы стала унификация операций по созданию элементов конструкций и приборов на органических полупроводниковых материалах - это процессы нанесения слоев (осаждения) и процессы формования элементарных геометрических структур. К таким технологическим операциям можно отнести осаждение из паровой фазы, трафаретную печать и прочие полиграфические технологии, литографию и струйную печать.
На сегодняшний день наибольшее число исследований, проводимых крупными компаниями-производителями дисплеев на органических светодиодах, направлены на совершенствование слоя подложки, поскольку именно этот слой в большей степени определяет
физические и эксплуатационные характеристики конечной продукции (например, гибкие или прозрачные дисплеи).
Наряду с интенсивным развитием промышленно применимых технологий, следует отметить значительный рост патентных заявок на устройства и технологии, использующие материалы органической электроники. Так, по данным IHS [1], только в США за 2014 -2015 годы доля патентных заявок по гибким устройствам отображения информации составила более 312 штук, из которых 62% составляют комплектные устройства, 15% - технологические процессы производства, 8% - гибкие подложки, 5% - гибкие электроды, 3% - гибкие сенсоры для распознавания нажатий и пр.
На сегодняшний день на рынке достаточно широко представлены экраны для мобильных электронных устройств, а также источники света. Расширение круга применения таких технических новшеств на сегодняшний день осложняется рядом нерешенных технологических вопросов - например, небольшим процентом выхода годного в производстве крупноформатных устройств отражения информации, что, в свою очередь, значительно
увеличивает их себестоимость.
Решение различных проблем, препятствующих внедрению устройств органической электроники в различные рыночные ниши, на сегодняшний день имеет значительные перспективы, а экономическая целесообразность будет обусловлена существенными эксплуатационными преимуществами таких изделий. Также следует отметить, что уникальные физические свойства органических полупроводниковых материалов могут значительно расширить область применения электронных устройств в целом.
Промышленная реализация крупноформатных панелей с
использованием органических полупроводниковых материалов, несмотря на существенные достижения последних лет в поиске новых и оптимизации существующих технологических процессов, осложняется отсутствием высокоэффективных технологий, позволяющих в полной мере обеспечить приемлемый уровень равномерности и повторяемости свойств изделий, с экономически оправданным процентом выхода годных изделий.
Решение данной проблемы ожидается с запуском проектов новых производственных площадок 8-го поколения (Gen 8), до реализации которых производители вынуждены использовать существенно менее эффективные технологии, построенные по конструктивной схеме, в которой свето-эмиссионный слой из органических светодиодов белого свечения расположен за слоями светофильтров, что приводит к снижению КПД по полезному световому излучению вплоть до 33%, в результате чего нивелируются преимущества органических светодиодных дисплеев в сравнении с традиционно производимыми TFT - жидкокристаллическими устройствами отображения информации в части энергосбережения [2].
В технологии Gen-8 используются подложки из стекла с размерами 2200х2500 мм, на которые наносятся слои органических полимеров, с последующей передачей их на линию нанесения TFT-слоев методами лазерного отжига пленки аморфного кремния для получения LTPS. Аналогичная технология используется компанией Samsung в
производственном процессе 4-го поколения (Gen 4), а также в производстве TFT LCD- панелей.
В производственном процессе поколения 5.5 (Gen 5.5) освоены подложки размером 1300х1500 мм, для них применяется технологический процесс, использующийМ-Ga-Zn-Ox (IGZO), прозрачный полупроводниковый материал, считающийся альтернативой аморфному кремнию. Использование данного материала позволило снизить стоимость технологического процесса в сравнении с LTPS, при этом подвижность носителей характеризуется более высокими значениями в сравнении с аморфным Si [3].
Также некоторыми производителями используется технология, нацеленная на создание крупноформатных панелей на основе составных бесшовных дисплеев (Seamless Tiling Technology), в которой используются элементы размером менее 100х100 мм.
Рынок устройств, изготавливаемых с использованием органических светодиодов, за последнее время существенно расширился. Если на первом этапе к устройствам отображения информации на ОСИД относились только несколько моделей мобильных телефонов (точнее, смартфонов), то на сегодняшний день такими дисплеями оснащается весьма широкий спектр устройств.
Всего на начало 2016 года на мировом рынке начитывается более 600 моделей различных устройств, использующих технологии дисплеев на органических светодиодах. По результатам исследований статистики мирового рынка электронных устройств, доля устройств с использованием материалов органической электроники показывает динамичный рост, и в последнем квартале 2015 года доля таких устройств составила 18% от всего объема рынка [1]. Рынок устройств с ОСИД- дисплеями, по оценке IHS DisplaySearch, в 2015 году был оценен почти в $9 млрд с ежеквартальным приростом в 10-15%.
Наиболее технологичным устройством отображения информации на конец 2015 года принято считать гибкий дисплей Samsung поколения 5.5 с диагональю 5,7 дюйма (144,8 мм) толщиной 0,12 мм с весом 5,2 грамма и максимальным радиусом кривизны 400 мм, при этом ближайший его конкурент - дисплей компании LG - характеризуется большей диагональю (6 дюймов, 152,4 мм) и значительно большей толщиной - 0,44 мм.
Для производства экранов Amoled компанией Samsung на сегодняшний день в большинстве случаев используется подложка LTPS (low temperature polysilicon, низкотемпературная поликремниевая технология), представляющая собой кристаллизированную при температуре ниже 400 гр.С кремниевую пленку с последующим лазерным отжигом, при этом поликристаллический кремний представляет собой слой из множества кристаллов Si размером от 0,1 до нескольких мкм. Последующие слои, как правило, наносятся методом кристаллизации - осаждения из парообразного состояния.
Компания LG, лидирующая на момент написания настоящего исследования в нише производства телевизоров на OLED, использует в большинстве моделей технологическое решение, представляющее собой светоэмиссионную белую подложку с наложенными на нее цветными RGB-светофильтрами - так называемую «WOLED» или «WRGB» технологию, при этом другими производителями в качестве базовой было принято иное технологическое и конструктивное решение - непосредственная генерация потока для каждого цвета в своем суб- пикселе, именуемая «SBS» (side-by-side).
Для производства гибких дисплеев компания Samsung использует специальную полиимидную подложку-разновидность пластика,
высокомолекулярное полимерное вещество с высокими показателями прочности, упругости и пластичности, с толщиной менее 1 мм.
В последних моделях мобильных телефонов Samsung серии Galaxy
Edge используется сенсорный экран на органических светодиодах с боковыми гранями, скругленными по радиусу 6.5 мм.
Данное конструктивное решение, по мнению производителя и ряда аналитиков, позволяет достичь большей эргономики и удобства использования мобильных устройств с помощью одной руки, что позволяет избежать развития у пользователей заболевания, именуемого «синдром де куэрвэйна», проявляющегося в воспалении сухожилий большого пальца руки.
Также для дисплеев на органических светодиодах характерны повышенные эргономические показатели в сравнении с классическими дисплеями на жидких кристаллах. В первую очередь, данное преимущество выражается в отсутствии инерциальной составляющей в изображении, т.е. отображаемая картинка с каждым кадром заменяется полностью, не оставляя не короткое время артефакты от предыдущего кадра. Показатели по быстродействию дисплеев особенно сильно проявляются в условиях низких температур -традиционные жидкокристаллические дисплеи при
отрицательных температурах приобретают значительные задержки при смене кадров, что обуславливается физическими особенностями материалов слоя светофильтров. Величина таких задержек может составлять 8 мс и более. Для OLED-дисплеев данный показатель варьируется незначительно, в любом случае оставаясь в пределах 0.01 мс.
С конструктивной точки зрения, для распространенных электронных элементов использование материалов органической электроники является полностью аналогичным применению традиционных кремниевых материалов, поскольку для создания элемента требуется три аналогичных типа материала - проводник, диэлектрик и полупроводник. При этом для кремниевой электроники характерно использование весьма ограниченного перечня материалов, в котором диэлектриком чаще всего является оксид кремния, проводником - различные виды металлов, а полупроводником -легированный кремний, а в органической электронике все виды материалов могут быть синтезированы на основе органических углеродных молекул с применением всевозможных технологических приемов.
Использование ОСИД взамен традиционно применявшихся кремниевых материалах обладает рядом преимуществ, определяющих более широкий спектр применения таких изделий и более
высокие эксплуатационные и функциональные характеристики для мобильной электроники. На сегодняшний день технологические процессы производства дисплеев на ОСИД не позволяют реализовать экономически оправданные крупноформатные панели для использования в телевизорах, однако внедрение новых технологий в ближайшие один- два года дадут возможность промышленного освоения данной ниши рынка, что даст значительный прирост производства органических устройств.
Использованные источники: 1. Display search: The world market of OLED report. HIS Technology, 2016.
2. Ron Mertens. The OLED Handbook: A Guide to OLED Technology, Industry & Market. 2015 Edition, Her-zliya, Israel, 2015.
3. Разумов В.Ф. Молекулярная электроника - проблемы и перспективы // Известия РАН. Серия физическая. №2, Т. 76, 2012.
УДК 620.9
Кувшинов Н.Е.
инженер научно-исслед. лаборатории «ФХПЭ» Казанский государственный энергетический университет
Галяутдинов А.А. студент ИКТЗИ
Казанский национальный исследовательский технический
университет имени А.Н. Туполева - КАИ
Россия, г. Казань УПРАВЛЕНИЕ ИННОВАЦИЯМИ В ОБЛАСТИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЙ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЕМКОСТИ
РЕАЛЬНОЙ ЭКОНОМИКИ
В статье обозначены задачи, стоящие перед Россией в плане импортозамещения, обеспечения экономической и продовольственной безопасности, долгосрочной стратегии социально-экономического развития регионов на данный период, а именно ускоренный переход к инновационной экономике; технологический прорыв в производстве продукции российского и мирового рынков сбыта.
Ключевые слова: реформы сельского хозяйства, жилищно-коммунального хозяйства, энергосберегающие технологии.
Kuvshinov N.E., engineer laboratory "FHPE" Kazan State Power Engineering University
Russia, Kazan
INNOVATION MANAGEMENT IN THE FIELD OF ENERGY CONSERVATION FOR REDUCING ENERGY INTENSITY OF THE
REAL ECONOMY
Annotation: the article outlines the challenges facing Russia in terms of import substitution, economic and food security, long-term strategy of socioeconomic development of the regions in this period, namely the accelerated transition to an innovative economy; a technological breakthrough in the production ofproducts of Russian and world markets.
Keywords: reform of agriculture, housing and communal services, energy saving technologies.
Высокая энергоемкость ряда отраслей в разы снижает конкурентоспособность экономики России, в силу факторов климата Россия относится к странам с наиболее энергоёмкой экономикой.
Для устранения разных барьеров власти России предприняли меры по совершенствованию законодательства, созданы Комиссия по модернизации
