טכנולוגיות: צגי LED אורגני - OLED

מה לא נאמר על הטכנולוגיה המבטיחה הזאת, שבשנה האחרונה לא יורדת מהכותרות וכבר גרמה ל"מיני-בועה" של המניות הנוגעות בדבר? האמת היא שזו לא בועה - אם כי המשקיעים צריכים לקחת בחשבון לוח זמנים ריאלי יותר ולא לחזור על הטעויות של גלי הטכנו-היסטריה הקודמים - תקשורת בסיבים אופטיים וביו-הנדסה.

שאלת תזמון ויכולת

שימו לב שבכל המקרים לא מדובר בטכנולוגיות מאכזבות אלא בשאלה של תזמון ושל היכולת הכלכלית ליישם פריצות דרך אמיתיות במהירות העולה על "הקצב הטבעי" של התפתחות כלכלית. במקרה של OLED ברור לכולם שנשארו לא מעט בעיות טכניות שלא מצאו עד כה את פתרונן - בולטת בהן הארכת משך החיים של מקורות האור הכחול - אבל גם ברור לכולם שהפתרונות יגיעו במוקדם או במאוחר. משום שאין כאן שאלה של היתכנות (Feasibility) אלא התבייתות על הדרך הנכונה לעשות דברים בשיטת "ניסוי וטעייה" (Trial & Error).

טכנולוגית OLED נולדה די במקרה, בשנת 1985, כאשר מדען במעבדות קודאק שם לב לכך שחומרים אורגניים מסוימים פולטים אור בזמן שזרם חשמלי עובר בהם. לתופעה קוראים Electroluminescence (בקיצור EL) ותוך זמן קצר ניסו רבים ליישם אותה בצגים אלפא-נומריים פשוטים.

גוון ירקרק תכלת

ללא ספק נתקלתם בצגים כאלה, שמאירים בגוון ירקרק או תכלת בהיר, ולא חשבתם שיבוא היום ואותה טכנולוגיה בסיסית תשמש להצגת וידאו על מסך ענק, או להאיר את בתינו בזוהר רך הנפלט מטפט פלסטי המודבק על הקירות. העניין המסחרי המוקדם ב-EL דעך אחרי שכל העולם נסחף בהתלהבות שחוללה טכנולוגיה מתחרה - LCD.

רק עשר שנים אחרי גילוי התופעה הפיזיקלית, ואחרי שעשרות מיליארדים הושקעו במפעלי יצור לפנלים ל-LCD, נעשה הצעד הקריטי הבא, פיתוח הדיודה פולטת האור (LED) שמבוססת על EL. גם דיודות פולטות אור הן סיפור די ישן וגם אותן חשבו בשחר ההיסטוריה הדיגיטלית לגייס לטובת המטרה של צג שטוח, נטול CRT.

חצי טרנזיסטור

דיודת LED רגילה עשויה מגביש חצי-מוליך של חומר לא-אורגני. מבחינה חשמלית דיודה היא "חצי טרנזיסטור" ופליטת האור נגרמת כאשר אלקטרונים ו"חורים" נפגשים בקרבת ה"צומת" בין האזור "החיובי" (P) והאזור "השלילי" (N) של הגביש. בדיודת OLED קורה דבר דומה, אלא שהמדיום אינו גביש כי אם מולקולות ארוכות (פולימרים), המבוססות על פחמן (ולכן הן נחשבות "אורגניות", למרות שלא תמצאו אותן בטבע החי או הצומח). העובדה שמדובר בפולימרים ולא בגבישים היא מקור היתרונות והחסרונות של OLED:

יתרונות

1. כל מולקולה ומולקולה היא כבר "דיודה טבעית". לא צריך לבנות את הגיאומטריה המדויקת של אזורי P ו-N ולדאוג לכך שהמצע הגבישי ישמר את תכונות החצי-מוליך שלו. מספיק להכניס את החומר האורגני לסנדוויץ' בין שתי אלקטרודות כדי שהוא יפלוט אור.

2. לכן תהליך היצור יכול להיות פשוט וזול. אין צורך ב"חדר נקי", כמו ביצור שבבי סיליקון, ולא בתנורי וואקום וטכניקות אחרות להחדרת יונים "מזהמים" לתוך הגביש (כדי להפוך אזורים מסוימים לחיוביים ואחרים לשליליים). אפשר להדפיס את המעגלים החשמליים בטכניקות של הזרקת דיו או "הדפסת משי", על שטחים גדולים ובסביבה תעשייתית מקובלת.

3. צבע האור הנפלט תלוי במבנה הכימי של המולקולה. מאחר ופחמן הוא החומר "הוורסטילי" ביותר שאפשר למצוא במעבדת הכימיה (אנו מכירים מאות אלפי מולקולות שונות והטבע האורגני בוודאי משתמש במיליונים שעוד לא הגענו להכיר), ניתן להנדס את המולקולות לפלוט אור בצבעים שונים בקלות יחסית. הרבה יותר קשה לגרום לגביש לפלוט אור בצבע "לפי דרישה".

חסרונות

1. מולקולות אורגניות הן פחות יציבות מגבישים לא-אורגניים. במהלך פליטת האור הן "נשחקות" ומאבדות לאט את תכונותיהן הפיזיות. אורך החיים שלהן שונה מאוד אחת מהשנייה וכיום מדובר על עשרות עד מאות שעות קרינה לפני שה-OLED דועך במידה מוחשית. פליטה של אורך כחול-עמוק (אורך גל קצר שנגרם ממפל אנרגיה פוטנציאלית גדול) היא בעייתית במיוחד, משום שאלקטרונים אנרגטיים גורמים לחומר נזק רב יותר מהעצלנים, שמעוררים פליטת אור אדום או ירוק.

2. כדי לבנות צג גרפי ממטריצה של פיקסלים יש צורך לשבץ בין הדיודות טרנזיסטורים, שתפקידם לבחור כל פיקסל לחוד ולכוון אליו את הזרם הדרוש להפעלת הדיודות. נכון להיום, המהנדסים יודעים לעשות זאת רק בטכנולוגית "שכבות דקות" של סיליקון (אמורפי או PolySi) על מצע זכוכית - כמו בצגי LCD. החסם הטכנולוגי הזה מנטרל הרבה מהיתרונות של OLED בהשוואה ל-LCD.

3. צגי OLED מראים רגישות מופרזת לתנאי הסביבה וצריך להגן עליהם מקרינת UV, מחום ומחומרים ריאקטיביים באטמוספרה.

פולט אור

וכמובן, בהשוואה ל-LCD היתרון המשכנע ביותר הוא שהחומר האורגני פולט אור בעצמו ואינו נזקק לתאורה אחורית או להחזרת אור ממקור חיצוני. העובי של פנל LCD ו-90 אחוז מהאנרגיה שהוא צורך נובעים מהתאורה האחורית. צג OLED יכול להיות דק כדף נייר ולהכפיל את משך חיי הסוללה במחשב מחברת אופייני. המדענים משוכנעים שהחסרונות הם פתירים אם רק יושקעו במחקר המשאבים הראויים:

1. משך החיים של המולקולות. בהשוואה לחומרים ששימשו ל-EL לפני 15 שנה, כבר הושגה הכפלה של אורך החיים בפקטור של 10 עד 100. זו רק שאלה של זמן עד שהם ימצאו חומרים מתאימים יותר למוצרים ברי-קיימא, עם אורך חיים שנמדד בעשרות אלפי שעות עבודה. בכל מקרה, הם מציינים, הצגים האלה יכולים להיות כל-כך זולים שאף אחד לא יוטרד מהצורך להחליף אותם אחת לכמה חודשים.

2. אפשר ליצר טרנזיסטורים מחומרים אורגניים ולהדפיס אותם בשיטות המיועדות ליצור OLED, על מצע פלסטי גמיש. נכון להיום, הטרנזיסטורים הפלסטיים אינם יעילים (הם צורכים זרם רב), אינם מהירים מספיק ואינם "שקטים" דיים לדרישות של תצוגה גרפית. שוב, המדענים מצביעים על ההתקדמות שהושגה בעשור האחרון כדי לנסות לשכנע שתהליך יצור OLED "כל-פלסטי" יגיע להבשלה בחמש השנים הבאות.

3. חומרים אורגניים אינם היחידים להיות רגישים לתנאי סביבה, אך די להסתכל על ההתקדמות שעשו יצרני דיו ונייר להזרקת-דיו (שמדברים היום על עמידות במשך 100-80 שנה) כדי להבין שאפשר לפתור גם בעיה זו.

אין נוסחה

הבעיה היחידה, שלאף אחד אין נוסחה בטוחה לפתרונה, היא כלכלית. יותר מדי כסף הושקע בשנים האחרונות בבניית תשתית ליצור צגים בטכנולוגיות מתחרות, במיוחד LCD ופלזמה. מי שרוצה לכבוש את השוק צריך להתגבר על המומנטום של השקעות העבר, בדיוק כפי שהחברות המייצרות סיבים אופטיים ומערכות מיתוג אופטיות היו צריכות לפרוץ את "מחסום הנחושת" בקווי התקשורת. אנו יודעים איך הפריצה הזאת עלתה לרובן בקטסטרופה כלכלית, שרק עכשיו הן מתחילות לצאת ממנה.

כמו תקשורת בסיבים אופטיים, OLED היא טכנולוגיה עם עתיד בטוח והשאלה היא רק איך מגיעים לשם בלי לשבור את הראש בדרך. קודאק, DuPont, ועשרות חברות ענק אחרות מהתעשייה הכימית בטוחות שזה אפשרי ושכדאי להיות חלוצים בתעשייה, שחוזים לה תפקיד מרכזי בכל אמצעי התצוגה - מטלפונים סלולריים וספרים אלקטרוניים עד מסכי קולנוע ושילוט חוצות דינמי. גם אם רק רבע מהתחזיות תתגשמנה, בעוד עשר שנים לא תאמינו למראה עיניכם.