У многих на слуху неорганические полупроводники: кремний, германий и прочие, о которых мы писали или упоминали во многих наших статьях на Хабре.
Органические полупроводники — это вещества с большим числом углеродных связей типа C=C, образующих систему с регулярным чередованием С=С. Пример — нафталин, которым наши бабушки любят прямо в платяных шкафах травить до смерти моль. Как этот мерзкий нафталин можно использовать в полупроводниковых приборах?
На самом деле не столько его, но его близких родственников. Об этом мы подробно расскажем ниже.
Органические полупроводники можно разделить на три основных класса:
-
молекулярные кристаллы (антрацен, бензол, нафталин, металлокомплексы на основе макроциклических порфиринов и др.);
-
комплексы с переносом зарядов (тетратиафульвален TTF, тетраметилтетраселенафульфален и ряд других соединений различных классов),
-
поли-π-сопряженные (полимерные, поликонъюгированные) олигомерные цепочечные структуры, например транс-полиацетилен trans-(CH)x, углеродный скелет которого представляет собой чередование двойных и одинарных связей.
Согласно анализу компании Emergen Research, размер мирового рынка органических полупроводников к 2032 году может достичь почти астрономической суммы в 843,62 млрд долларов. Рост спроса на гибкую электронику является основным фактором, стимулирующим развитие рынка органических полупроводников. Однако рост его может быть затруднён из-за ограниченной производительности и стабильности органических полупроводников по сравнению с неорганическими. Главные применения:
-
Системные компоненты (System Component);
-
Фотоэлектрические устройства (Organic Photovoltaic (OPV);
-
светодиодное освещение (OLED Lighting от англ. organic light-emitting diode);
-
Печатные батарейки (Printed Batteries);
-
Радиочастотные идентификационные метки (Organic RFID Tags от англ. radio frequency identification);
-
Дисплеи (Display Applications).
Основные игроки: BASF SE, DuPont De Nemours, Inc., Koninklijke Philips N.V., LG Electronics, Merck KGaA, Novaled GmbH, Samsung, Sony Corporation, Sumitomo Corporation, Universal Display и т.д.
Миллионам людей известны органические полупроводники по экранам личных мобильников. Экраны OLED работают на принципе электролюминесценции, то есть если к полупроводнику подвести электрический ток, можно заставить его светиться. Преимущество органических веществ в том, что их можно наносить на поверхность тончайшими слоями, как краску, по сути OLED — это цветные светящиеся чернила.
В базе ФИПС на органический полупроводник числится 228 патентов РФ на изобретения, из которых 64 действующие. Содержательный анализ отсеял 23 патентов (случайное совпадение слов органический и полупроводник, например органический растворитель для промывки полупроводников, органические загрязнения на полупроводниках и т.д.). Прямых патентов по нашей теме всего-навсего 12 штук. Приведем несколько примеров:
-
№2408957 (H01L 2011 год) Органический светоизлучающий диод, Минпромторг России (Физический институт им. П.Р. Лебедева РАН);
-
№2494472 (G09G 2013 год) Драйвер пиксельной ячейки OLED дисплея, Санкт-Петербургский государственный университет;
-
№2519782 (H01L 2014 год) Способ получения циклопропановых производных фуллеренов, применение органических производных фуллеренов в качестве материалов для электронных полупроводниковых устройств, органического полевого транзистора, органической фотовольтаической ячейки, органический полевой транзистор и органическая фотовольтаическая ячейка, Институт проблем химической физики РАН.
По OLED поиск дал 42 патента РФ на изобретение, из которых 20 действующих. Также приведем несколько примеров:
-
№2616979 (C07F 2017 год) Комплексы цинка 2-(N-тозиламинобензилиден)-2'-иминоалкилпиридинов, обладающие люминесцентной активностью, Южный федеральный университет (Ростов-на-Дону);
-
№2650529 (C07F 2018 год) Комплексы цинка и кадмия N-[2-(алкилиминометил)фенил]-4-метилбензолсульфамидов, обладающие люминесцентной активностью, Южный федеральный университет (Ростов-на-Дону);
-
№2819197 (H10K 2024 год) Микродисплей на основе органических светодиодов, ОАО «Центральный научно-исследовательский институт «Циклон».
Есть иностранные патентообладатели изобретений в области устройств OLED (почти все по коду H01L), в частности:
-
БОЭ Текнолоджи Груп Ко., Лтд. совместно с Бейджин БОЭ Оптоэлектроникс Текнолоджи Ко., Лтд. (CN) №2669521.
-
Бундесдруккерай ГмбХ (DE) №2431877.
Привлекает патентная история в России китайского гиганта BOE Technology Group, который, похоже, не прочь продать лицензию «от китайских товарищей» на OLED-экраны с активной матрицей на пластиковой подложке.
По термину органическая RFID в базе ФИПС нет патентов РФ на изобретения.
В РФ опубликовано 40 патентов на полезные модели по OLED, из которых более 10 действующие. Например, следующие охранные документы есть у МГТУ имени Н.Э. Баумана:
-
№162200 Оптическая схема голографического индикатора знако-символьной информации на основе комбинированного дифракционного оптического элемента;
-
№164949 Оптическая схема индикатора знако-символьной информации с пропускающими плазмонными решетками.
Также в РФ зарегистрировано 23 программы для ЭВМ на термин OLED. Они относятся к периоду 2014-2024 гг. Большинство программ посвящены конкретным направлениям использования OLED в устройствах для отображения информации в разнообразных приборах, например для космического мониторинга, в медицине, рыбоводстве, зарядке электромобилей, в экологическом контроле.
Собственно к веществам и способам изготовления OLED имеет отношение только программа №2014614243 Программное обеспечение автоматизированного комплекса для исследования электрических и оптических характеристик органических светодиодных матриц, Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники.
Баз данных и топологий интегральных схем на OLED нет.
Анализ НИР по порталу Закупки.гов.ру. указывает на то, что можно ожидать заявок на новые патенты РФ, в частности относительно производных тиеноиндола и фуразанопиразина, полифлуорена и других органических полупроводников для фотовольтаических и светодиодных гетероструктур.
А что за рубежом?
Портал Google.Patents на organic semiconductor выдаёт более 100 тыс. документов. Рейтинг патентообладателей следующий:
-
Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (株式会社半導体エネルギー研究所) – 22,6%
-
Samsung Display Co., Ltd. (삼성디스플레이 주식회사) – 5,3%;
-
Toshiba – 4,1%;
-
Idemitsu Kosan Co., Ltd. – 2,8%;
-
Sandisk Technologies Llc – 2,6%.
На первом месте фирма патентного короля Японии Ямадзаки Сюмпэя. Ему мы уже посвятили отдельный материал на Хабре. Как видите, в нашем небольшом рейтинге три компании из Японии, одна из Южной Кореии и одна из Штатов. При этом поражает сильный отрыв лидера от конкурентов.
Также мы решили немножко сузить патентный поиск по ключевым изделием с уникальным названием. Портал Google.Patents на OLED выдаёт 21282 документов. Пик выдачи патентов пришёлся на 2016-2019 гг. Рейтинг патентообладателей сильно отличается от представленного выше:
Shanghai Tianma AM-OLED Co., Ltd. – 40,3%;
Tianma Micro-Electronics Co., Ltd. – 14,1%;
Casio Computer Co., Ltd. – 7.9%.
Видно, что мировое лидерство в патентах принадлежит китайской компании Shanghai Tianma AM-OLED (она создана в 2013 г.). Из названия очевидно, что она специализируется на технологии AM-OLED (активной матрицы) Примеры патентов:
-
2014 год: OLED pixel driving circuit, electrostatic discharge protection circuit and detection method US9640097B2;
-
2017 год: OLED display panel, method for driving the same and display device US10672340B2;
-
2020 год: Organic light-emitting display panel and display apparatus US20220140292A1.
В 2014-2021 гг. компании Shanghai Tianma AM-OLED активно патентовалась в США и в Германии (очевидно, в этих странах у китайцев были до недавнего времени масштабные бизнес-планы).
Заключение
Органические полупроводники нашли широкое применение в OLED-мониторах и дисплеях, в светочувствительных элементах, в космическом приборостроении (так как устойчивы к радиации) и других технических областях.
В нашей стране, судя по открытым патентам, компетенциями в области органических полупроводников обладают более двух десятков учреждений и организаций.
По российским СМИ новости про органические полупроводники идут мощным потоком, особенно по тематике OLED. Так, в начале ноября 2024 года в продажу на российский рынок поступила изогнутая широкоформатная HDR-новинка Acer Predator X34X с 10 Бит OLED-матрицей и откликом 0,01 мс. В начале 2025 года Apple готовится к выпуску iPhone SE 4. Устройство станет первым с 5G-модемом, разработанным компанией, сохраняя при этом Wi-Fi от Broadcom. Ожидаются OLED-дисплей, Face ID и Apple Intelligence.
В новостях присутствует весьма скудная информация об объемах производства OLED-дисплеев и мониторов в России. Так, в 2022 г. ЦНИИ «Циклон» холдинга «Росэлектроника» сообщил об успешном начале производстве первого в России миниатюрного микродисплея на органических электролюминесцентных светодиодах (OLED-дисплея), его можно применять в очках виртуальной, дополненной и смешанной реальности, для установки в фото- и видеокамерах, специальной тепловизионной технике.
Больше контента о сфере интеллектуальной собственности в нашем Telegram-канале
Автор: sokolovps
