الإلكترونيات وشاشات العرض الرقمية
انبعاث الضوء الملتوي: تعزيز كفاءة الإلكترونيات المستقبلية
تلتزم Securities.io بمعايير تحريرية صارمة، وقد تتلقى تعويضات عن الروابط المُراجعة. لسنا مستشارين استثماريين مُسجلين، وهذه ليست نصيحة استثمارية. يُرجى الاطلاع على كشف التابعة لها.
تم اختراع المصابيح الكهربائية لتوفير إضاءة ثابتة وجعلها في متناول عامة الناس. وقد أدت الأبحاث والتجارب المستمرة لجعلها أكثر فعالية من حيث التكلفة إلى تطوير الثنائيات الباعثة للضوء (LED).
تم اختراع تقنية LED منذ أكثر من نصف عقد من الزمان على يد العالم نيك هولونياك جونيور أثناء عمله في شركة جنرال إلكتريك، والتي أشارت إليها باسم "التقنية السحرية".
مع استمرار تحسن مصابيح LED بمرور الوقت، أصبحت أكثر سطوعًا، وأكثر فعالية من حيث التكلفة، وأكثر موثوقية، مما أدى إلى اعتمادها على نطاق واسع في إشارات المرور، واستبدال المصابيح المتوهجة.
اليوم، أصبحت المصابيح "الصفراء" التقليدية مقتصرة على تطبيقات محددة، في حين تتصدر مصابيح LED تطبيقات الإضاءة العامة بفضل كفاءتها العالية في استخدام الطاقة وعمرها الأطول وتنوعها.
بالطبع، الابتكار لا يتوقف. في الواقع، مهد اختراع مصابيح LED الطريق لمصابيح OLED، وهي ثنائيات عضوية باعثة للضوء، تُعرف أيضًا باسم الثنائيات العضوية الكهربية المضيئة.
وجاء ذلك نتيجة قيام الباحثين باستكشاف إمكانية استخدام المركبات العضوية بدلاً من المواد غير العضوية لتحقيق نفس التأثير الذي تحققه مصابيح LED، التي تولد الضوء عن طريق تمرير الكهرباء عبر مادة شبه موصلة.
تم بناء أول جهاز OLED في عام 1987 من قبل العالمين ستيفن فان سلايك وتشينج تانج في شركة إيستمان كوداك.
بينما تستخدم كلٌّ من مصابيح LED وOLED الكهرباء لإنتاج الضوء، تُصدر مصابيح OLED الضوء باستخدام مواد عضوية. تستخدم مصابيح LED العضوية هذه مواد كربونية، مما يُمكّنها من تقديم شاشات أنحف، وإعادة إنتاج ألوان أفضل، وأوقات استجابة أسرع من مصابيح LED التقليدية.
نتيجةً لذلك، شقت تقنية OLED طريقها إلى الهواتف الذكية وأجهزة التلفزيون وغيرها من الأجهزة الإلكترونية المتطورة. ومع ذلك، ورغم التطور السريع لتقنية OLED، إلا أنها لم تحظَ بعدُ بانتشار واسع.
نظرة على تقنية OLED
الآن، دعونا نلقي نظرة أفضل على شاشات OLED. على عكس مصابيح LED، تُعدّ الثنائيات العضوية الباعثة للضوء مصادر ضوء منتشرة المساحة لأنها مصنوعة من صفائح. أما مصابيح LED، فهي مصادر ضوء مركزة ذات نقاط صغيرة.
يتيح الضوء المنتشر لشاشات OLED استخدامها بالقرب من سطح العمل، دون أن تُسبب وهجًا للمستخدم. هذا يعني إمكانية الحصول على الإضاءة المطلوبة بإضاءة أقل، مما يجعلها عالية الكفاءة.
ومن ناحية أخرى، تتيح مرونة شاشات OLED إمكانية تصنيعها بأي شكل تقريبًا، وهو ما يؤدي إلى توسيع إمكانيات التصميم والسماح بتجربة إضاءة جديدة.
عندما يتعلق الأمر ببنية OLED، يحتوي هذا الجهاز ذو الحالة الصلبة على سلسلة من طبقات أشباه الموصلات الرقيقة القائمة على الكربون بين قطبين موصلين، الأنود والكاثود.
يُصدر الجهاز ضوءًا عند مرور تيار كهربائي بين الأقطاب الكهربائية المجاورة. ولكي يتسرب الضوء من الجهاز، يجب أن يكون أحد الأقطاب الكهربائية على الأقل شفافًا.
من خلال التحكم في كمية التيار الكهربائي المطبق، يمكن تعديل شدة الضوء المنبعث.
أما لون الضوء، فيُحدد بنوع المادة المُصدرة له. على سبيل المثال، يُنتَج الضوء الأبيض باستخدام مُصدرات حمراء وخضراء وزرقاء، يُمكن ترتيبها في عدة تكوينات.
تشمل الأنواع الأخرى من شاشات OLED شاشات OLED البيضاء، والشفافة، والمصفوفة النشطة، والمصفوفة السلبية، والقابلة للطي، والشاشات ذات الباعث العلوي.
تُعدّ شاشات OLED اليوم التقنية السائدة في شاشات الهواتف الذكية. ويرجع ذلك إلى أنها ليست رقيقة وفعالة فحسب، بل شفافة ومرنة وقابلة للطي، مع توفير أفضل جودة للصورة. كما تُعدّ زوايا المشاهدة الواسعة ونسبة التباين العالية من المزايا الأخرى لتقنية OLED مقارنةً بتقنيات العرض التقليدية.
انقر هنا لمعرفة كيف تعمل شاشات OLED على إحداث ثورة في كاميرات الرؤية الليلية.
التبني المتزايد لتقنية OLED
لقد شهد سوق OLED العالمي نموًا كبيرًا خلال السنوات العديدة الماضية وسيستمر في النمو في السنوات القادمة.
السوق هو في الواقع من المتوقع أن ينمو بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 13.20٪ بين عامي 2022 و2029، ليصل حجمها إلى 104.4 مليار دولار.
الدافع الرئيسي لهذا النمو هو الطلب المتزايد في قطاع الإلكترونيات الاستهلاكية. إضافةً إلى ذلك، يُتيح نمو سوق الأجهزة القابلة للارتداء ودمج شاشات OLED في أجهزة الواقع المعزز والواقع الافتراضي فرص نمو جديدة.
ثم هناك ظهور شاشات OLED المرنة والقابلة للطي، وهو اتجاه جديد ومثير، يَعِد بتوفير شاشة أكبر في حجم صغير. تُتيح هذه الشاشات تصميمات وتطبيقات مبتكرة للمنتجات لتجارب فريدة.
تُستخدم شاشات OLED بشكل متزايد في أنظمة المعلومات والترفيه، ولوحات القيادة، وأنظمة الترفيه في المقاعد الخلفية. ويؤدي الطلب المتزايد على السيارات الكهربائية ودمجها إلى أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) ومن المتوقع أن تساهم في نمو قطاع السيارات.
إلى جانب الشاشات، تتمتع تقنية OLED بإمكانيات هائلة في صناعة الإضاءة، إذ توفر تجسيدًا ممتازًا للألوان، وإضاءةً موحدة، والقدرة على ابتكار تصاميم إضاءة فريدة. ويساهم التركيز المتزايد على حلول الإضاءة الموفرة للطاقة، إلى جانب تطوير لوحات OLED الأكبر حجمًا، في توفير فرص نمو في تطبيقات الإضاءة التجارية، والإضاءة المعمارية، والإضاءة الزخرفية.
هناك عامل آخر يدفع نمو سوق OLED وهو التقدم التكنولوجي المستمر، والذي يشمل مواد أكثر فعالية، وطرق تغليف، وعمليات تصنيع توفر أداءً محسنًا، وخفضًا في التكاليف، وعمرًا أطول.
ومع ذلك، وعلى الرغم من التقدم الكبير في الأداء وانتشار استخدامه على نطاق واسع في شاشات الهواتف الذكية، لا تزال شاشات OLED تواجه العديد من التحديات.
تُعدّ التكلفة أحد التحديات الرئيسية في سوق شاشات OLED. ويرجع ارتفاع تكلفة الإنتاج إلى أن شاشات OLED تتطلب مواد عضوية باهظة الثمن وعمليات تصنيع معقدة، مما يجعلها أغلى من التقنيات التقليدية مثل LCD.
من المشاكل الأخرى التي تظهر أثناء عملية الإنتاج مشكلة الإنتاجية، إذ قد يؤدي عيب بسيط إلى تعطل عدد كبير من شاشات OLED. كما أن الاعتماد على مواد عضوية محددة يُسبب مشكلة في سلسلة التوريد.
وهناك أيضًا مسألة العمر الافتراضي المحدود لشاشات OLED بالإضافة إلى كفاءة الطاقة، وهو أمر بالغ الأهمية لتقليل استهلاك الطاقة وتحسين عمر البطارية في الأجهزة المحمولة.
من العوامل المُقيِّدة الأخرى عدم القدرة على تثبيت مُشعِّعات الضوء الأزرق الفعّالة. تواجه تقنية OLED أيضًا منافسةً من تقنيات العرض الأخرى، مثل شاشات الكريستال السائل (LCD)، التي لا تزال تهيمن على السوق، وشاشات micro-LED، التي، رغم أنها لا تزال في مراحلها الأولى من التسويق، تُقدِّم عمرًا افتراضيًا أطول.
بالإضافة إلى ذلك، يجب أيضًا التغلب على القيود التقنية، مثل إمكانية احتراق الصورة وتوحيدها عبر الشاشات الكبيرة، من خلال تحسين مواد العرض والهندسة المعمارية وعمليات التصنيع.
ويعمل الباحثون بشكل نشط على معالجة هذه القيود، حيث أظهر أحد التطورات الأخيرة الإمكانات الهائلة لتعزيز كفاءة شاشات OLED على أجهزة التلفزيون والهواتف الذكية.
تعزيز كفاءة OLED باستخدام أشباه الموصلات الكيرالية
قام باحثون من جامعة كامبريدج وجامعة آيندهوفن للتكنولوجيا بتطوير شبه موصل عضوي يصدر ضوءًا مستقطبًا بشكل دائري عن طريق حث الإلكترونات على التحرك في نمط حلزوني.
وقد تم تحقيق ذلك من خلال تطوير تحدٍ قائم منذ عقود في مجال أشباه الموصلات العضوية، والذي لا يمكنه فقط تعزيز كفاءة شاشة OLED، بل يمهد الطريق أيضًا لتقنيات الجيل التالي مثل الدوران الإلكتروني والحوسبة الكمومية.
البحث نُشر في مجلة العلوم1 لاحظ الاهتمام الكبير بإدخال الكيرالية في المواد شبه الموصلة من أجل تحقيق التلألؤ الدائري القوي (CPL)، وهو منخفض في شاشات OLED الحالية.
تستخدم أنظمة OLED الحالية الفعالة جزيئات مشعة للضوء معزولة مكانيًا في المضيف، مما ينتج CPL ضعيف.
على الرغم من المحاولات المبذولة لتحقيق CPL عالية، إلا أنها لم تكن متوافقة مع هياكل أجهزة OLED المُحسّنة. مع ذلك، نجح الباحثون مؤخرًا في ابتكار شبه موصل عضوي يحفز الإلكترونات على الحركة في نمط حلزوني.
يعود الفضل في ذلك إلى طريقة جديدة لإنشاء أغشية رقيقة وموحدة ذات هياكل نانوية فوق جزيئية كيرالية مبنية على جزيئات تريازاتروكسين. هذه الطريقة مناسبة تمامًا لتصنيع شاشات OLED، وتتميز بمعامل CPL أخضر مرتفع.
يُعد هذا إنجازًا حقيقيًا في صناعة أشباه الموصلات الكيرالية. من خلال التصميم الدقيق للبنية الجزيئية، قمنا بربط الكيرالية للبنية بحركة الإلكترونات، وهو أمر لم يُنجز بهذا المستوى من قبل.
- البروفيسور بيرت ماير من جامعة آيندهوفن للتكنولوجيا.
يصدر أشباه الموصلات الكيرالية التي تم تطويرها ضوءًا مستقطبًا دائريًا، مما يعني أن الضوء يحمل معلومات حول "يدوية" الإلكترونات.
الحقيقة هي أن البنية الداخلية لمعظم أشباه الموصلات غير العضوية متماثلة، وبالتالي فإن الإلكترونات لا تتحرك في أي اتجاه مفضل.
في الطبيعة، عادةً ما تكون للجزيئات بنية كيرالية، إما يسارية أو يمينية. الجزيئات الكيرالية (مثل الحمض النووي) هي صور معكوسة لبعضها البعض، وتلعب الكيرالية دورًا رئيسيًا في العمليات البيولوجية. ومع ذلك، من الصعب تسخير الإلكترونيات والتحكم فيها.
لذا، لإنشاء شبه موصل كيرالي، استلهم الباحثون من الطبيعة. فدفعوا أكوامًا من جزيئات شبه موصلة لتشكيل أعمدة حلزونية منظمة، يمينية أو يسارية.
تُبرز أشباه الموصلات الكيرالية هذه إمكانات واعدة في تكنولوجيا العرض، حيث تميل المنتجات الحالية إلى هدر قدر كبير من الطاقة بسبب طريقة ترشيح الضوء بواسطة الشاشات. في الوقت نفسه، يُصدر أشباه الموصلات الكيرالية المُطوّرة حديثًا ضوءًا طبيعيًا بطريقة تُقلل من هذه الخسائر، مما يجعل الشاشات أكثر سطوعًا وكفاءة في استخدام الطاقة.
وفقًا للأستاذ السير ريتشارد فريند من مختبر كافنديش بجامعة كامبريدج، والذي شارك في قيادة البحث:
عندما بدأتُ العمل على أشباه الموصلات العضوية، شكّك الكثيرون في إمكاناتها، لكنها الآن تُهيمن على تكنولوجيا العرض. على عكس أشباه الموصلات غير العضوية الصلبة، تُوفّر المواد الجزيئية مرونةً مذهلة، ما يسمح لنا بتصميم هياكل جديدة كليًا، مثل مصابيح LED الكيرالية. يشبه الأمر العمل مع مجموعة ليغو بكل الأشكال التي يُمكنك تخيّلها، بدلًا من مجرد قطع مستطيلة.
المادة المستخدمة كأساس لأشباه الموصلات هي تريازاتروكسين (TAT)، الذي يتجمع في كومة حلزونية ذات ستة جزيئات. هذا يسمح للإلكترونات بالالتفاف على طول بنيته، مما يساعد في الحصول على CPL المرصودة.
عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية، تُصدر مادة TAT المُجمّعة ذاتيًا "ضوءًا أخضر ساطعًا ذا استقطاب دائري قوي". وأشار المؤلف المشارك ماركو بريوس من جامعة آيندهوفن للتكنولوجيا إلى أن هذا التأثير كان من الصعب جدًا تحقيقه في أشباه الموصلات - حتى الآن.
"يسمح هيكل TAT للإلكترونات بالتحرك بكفاءة مع التأثير على كيفية انبعاث الضوء."
– بريوس
وقد مكنت طرق تصنيع OLED المتغيرة الباحثين من استخدام TAT بنجاح في OLEDs ذات الاستقطاب الدائري (CP-OLEDs)، والتي أظهرت مستويات سطوع وكفاءة واستقطاب ملحوظة.
أظهرت الدراسة أن شاشات OLED أظهرت كفاءة كمية خارجية تصل إلى 16%، وتفاوتات في التألق الكهربائي أقل من أو تعادل 10%. ووفقًا للمؤلف المشارك الرئيسي، ريتوبارنو تشودري، من مختبر كافنديش بجامعة كامبريدج:
لقد أعدنا صياغة الوصفة القياسية لصنع شاشات OLED، كما هو الحال في هواتفنا الذكية، مما يسمح لنا بحصر بنية كيرالية داخل مصفوفة مستقرة غير متبلورة. يوفر هذا طريقة عملية لإنتاج مصابيح LED ذات استقطاب دائري، وهو أمرٌ طالما استعصى على هذا المجال.
بالإضافة إلى الشاشات، فإن التطور الأخير له آثار أيضًا على الحوسبة الكمومية وكذلك الإلكترونيات الدورانية، حيث يتم استخدام الزخم الزاوي المتأصل (أو الدوران) للإلكترونات لتخزين ومعالجة المعلومات من أجل أنظمة حوسبة أسرع وأكثر أمانًا.
أما بالنسبة للتطبيق العملي، فإن هذا الاختراق قد يبدأ في رؤية تطبيقاته التجارية في تكنولوجيا العرض خلال السنوات الثلاث إلى الخمس المقبلة، في حين قد تتطور التطبيقات في مجال الإلكترونيات الدورانية والحوسبة الكمومية خلال العقد المقبل.
شركة مبتكرة
شركة Universal Display (OLED )
شركة يونيفرسال ديسبلاي (UDC) رائدة في تطوير وتسويق تقنيات OLED لاستخدامها في الشاشات المسطحة والإضاءة والإلكترونيات العضوية. كما أنها مورد رئيسي للمواد والتقنيات العضوية لشاشات OLED والإضاءة.
تأسست شركة UDC قبل نحو ثلاثة عقود، وتهدف إلى ابتكار الجيل القادم من الشاشات. تُستخدم تقنياتها وموادها الخاصة في منتجات OLED التجارية حول العالم، بما في ذلك الهواتف الذكية، والساعات الذكية، والأجهزة اللوحية، وأجهزة التلفزيون، وغيرها. ومن أبرز الأمثلة على ذلك أجهزة تلفزيون OLED من LG وسلسلة هواتف Galaxy من Samsung. وتفخر UDC بأكثر من 6,000 براءة اختراع صادرة ومسجلة حول العالم.
تتخصص الشركة في البحث والتطوير وتسويق مواد OLED الفوسفورية (PHOLED)، والتي توفر كفاءة أعلى وأداءً محسنًا.
بقيمة سوقية تبلغ 7.425 مليار دولار أمريكي، يُتداول سهم شركة USD عند 156.41 دولارًا أمريكيًا حتى كتابة هذه السطور، بارتفاع نسبته 6.98% منذ بداية العام. يبلغ ربح السهم الواحد (لآخر 4.65 سنوات) 33.64، ونسبة السعر إلى الربحية (لآخر 1.15 سنوات) XNUMX، بينما يبلغ عائد توزيعات الأرباح XNUMX%.
(OLED )
منذ شهر، قامت شركة Universal Display Corporation أعلن نتائجها المالية، والتي كشفت عن إيرادات بقيمة 162.3 مليون دولار في الربع الرابع من عام 4، ارتفاعًا من 2024 مليون دولار في الربع نفسه من عام 158.3.
ارتفعت إيرادات مبيعات المواد إلى 93.3 مليون دولار أمريكي خلال هذه الفترة، نتيجةً لزيادة الطلب على مواد الباعث التي تنتجها الشركة. وساهمت رسوم الامتياز والترخيص بمبلغ 64.4 مليون دولار أمريكي في الإيرادات، والتي انخفضت نتيجةً لانخفاض تسويات التعويض التراكمية.
في الربع الرابع، بلغت تكلفة مبيعات المواد للشركة 4 مليون دولار أمريكي، نتيجةً لارتفاع حجم مبيعات المواد للوحدة، وبلغ هامش الربح الإجمالي 34.2%. وبلغ الدخل التشغيلي 77 مليون دولار أمريكي، وصافي الدخل 52.5 مليون دولار أمريكي، أي ما يعادل 46.0 دولار أمريكي للسهم المخفف.
أعلنت الشركة عن إجمالي إيرادات بلغ 647.7 مليون دولار أمريكي للعام بأكمله، بزيادة قدرها 12.36% عن العام السابق. وشمل ذلك 365.4 مليون دولار أمريكي من مبيعات المواد، والتي بلغت تكلفتها 137 مليون دولار أمريكي، و266.8 مليون دولار أمريكي من رسوم الامتياز والترخيص.
بلغ الدخل التشغيلي 238.8 مليون دولار، في حين بلغ صافي الدخل 222.1 مليون دولار أو 4.65 دولار للسهم المخفف في عام 2024 مقارنة بـ 203 مليون دولار أو 4.24 دولار للسهم المخفف في عام 2023.
وأعلنت شركة UDC أيضًا عن تكاليف إعادة الهيكلة بقيمة 8.9 مليون دولار أمريكي المتعلقة بالإغلاق المخطط له لموقعها في OVJP في كاليفورنيا.
وفي حديثه عن "العام القياسي من الأداء المالي القوي"، أشار براين ميلارد، نائب الرئيس والمدير المالي لشركة UDC، إلى النمو والتقدم الذي شهدته صناعة OLED.
وأوضح ميلارد أن الشركات تعمل على توسيع خرائط طريق منتجاتها، كما تستثمر شركات تصنيع الألواح الرائدة في مصانع جديدة لتلبية الطلب المتزايد، وخاصة في أسواق تكنولوجيا المعلومات والسيارات الناشئة، مضيفاً:
"نحن نعتقد أن دورة رأس المال الاستثماري الجديدة هذه ستمهد الطريق لسعة OLED جديدة وذات مغزى، ومنتجات OLED جديدة، ومعتمدي OLED الجدد."
وتتوقع شركة UDC أن تبلغ إيراداتها لهذا العام ما بين 640 مليون دولار و700 مليون دولار، مشيرة إلى أن "صناعة OLED لا تزال في مرحلة حيث يمكن للعديد من المتغيرات أن يكون لها تأثير مادي على النتائج".
وأعلنت الشركة أيضًا عن توزيع أرباح نقدية بقيمة 0.45 دولارًا للسهم عن الربع الأول من عام 2025، يتم دفعها في 31 مارس 2025 لجميع المساهمين.
"باعتبارنا شركة رائدة وقائدة في النظام البيئي، فإننا في وضع جيد لمواصلة دعم عملائنا وتمكين الصناعة من خلال محفظتنا المتنامية من المواد الفوسفورية عالية الأداء الموفرة للطاقة وتقنيات OLED."
- المدير المالي ميلارد
آخر الأخبار عن شركة يونيفرسال ديسبلاي
خاتمة
لقد حسّن تطور الثنائيات الباعثة للضوء تقنيات العرض والإضاءة بشكل ملحوظ. وقد أتاحت لنا تقنية OLED مزايا جودة صورة أفضل، وتصميمًا أنحف وأخف وزنًا، ومرونة، وابتكارًا.
رغم التطور الكبير الذي شهدته تقنية OLED منذ بداياتها، إلا أنها تواجه تحديات من حيث الكفاءة والتكلفة. ولذلك، تُمثل التطورات الحديثة في أشباه الموصلات الكيرالية نقطة تحول في تطورها.
إن القدرة على التحكم في حركة الإلكترونات وإصدار ضوء مستقطب دائريًا بكفاءة عالية قد تُحدث نقلة نوعية في تكنولوجيا العرض. كما أنها ستفتح آفاقًا جديدة في مجال الحوسبة الكمومية والإلكترونيات الدورانية.
ومع التطبيقات التجارية لهذا الابتكار في الأفق، فإن هذا البحث قد يعيد تعريف كيفية عمل الإلكترونيات ويؤدي إلى أجهزة إلكترونية أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وعالية الأداء في المستقبل القريب.
الدراسات المشار إليها:
1. Chowdhury, R., Preuss, MD, Cho, H.-H., Thompson, JJP, Sen, S., Baikie, TK, Ghosh, P., Boeije, Y., Chua, XW, Chang, K.-W., Guo, E., van der Tol, J., van den Bersselaar, BWL, Taddeucci, A., Daub, N., Dekker, DM, Keene, ST, Vantomme, G., Ehrler, B., Meskers, SCJ, Rao, A., Monserrat, B., Meijer, EW, & Friend, RH (2025). تلألؤ كهربائي مستقطب دائريًا من أغشية رقيقة من أشباه الموصلات فوق الجزيئية. العلوم، 387(6739)، 1175-1181. https://doi.org/10.1126/science.adt3011
