Органические светодиоды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Устройство органических светодиодов

2. Применение органических светодиодов

3. Преимущества и недостатки органических светодиодов

4. История создания органических светодиодов

5. Органические светодиоды в «наноиндустрии»

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Органический светодиод (англ. Organic Light-Emitting Diode (OLED) - органический светоизлучающий диод) - полупроводниковый прибор, изготовленный из органических соединений, который эффективно излучает свет, если пропустить через него электрический ток.

Принцип действия и механизм излучения органического светодиода аналогичны принципу действия и механизму излучения других типов светодиодов.

Для создания органических светодиодов (OLED) используются тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких полимеров. При подаче на анод положительного относительно катода напряжения, поток электронов протекает через прибор от катода к аноду. Таким образом катод отдает электроны в эмиссионный слой, а анод забирает электроны из проводящего слоя, или другими словами анод отдает дырки в проводящий слой. Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Это происходит ближе к эмиссионному слою, потому что в органических полупроводниках дырки обладают большей подвижностью, чем электроны. При рекомбинации происходит понижение энергии электрона, которое сопровождается испусканием (эмиссией) электромагнитного излучения в области видимого света. Поэтому слой и называется эмиссионным.

1. Устройство органических светодиодов

Органический светодиод состоит из следующих элементов:

· подложки (пластиковой, стеклянной, фольги);

· катода, инжектирующего электроны в излучающий слой при прохождении тока;

· слоев органических материалов, один из которых проводит дырки, инжектируемые анодом (обычно состоит из полианилина), а второй - электроны, инжектируемые катодом; в нем и происходит излучательная рекомбинация носителей заряда; прозрачного анода, который при прохождении тока инжектирует дырки.

В качестве материала анода обычно используется оксид индия, легированный оловом (ITO), в качестве катода - металлы, такие, как алюминий и кальций, а в качестве светоизлучающих материалов - низкомолекулярные органические вещества и полимеры.

2. Применение органических светодиодов

Основное применение технология OLED находит при создании устройств отображения информации (дисплеев). Предполагается, что производство таких дисплеев будет гораздо дешевле, нежели производство жидкокристаллических дисплеев.

Одно из важнейших применений - создание цветных дисплеев. По типу матрицы OLED-дисплеи разделяются на пассивно-матричные (PMOLED) и активно-матричные (AMOLED). Существуют три варианта реализации цветных OLED дисплеев. В первом варианте в каждом элементе экрана используются три раздельных цветных эмиттера, т. е. три органических материала излучают свет базовых цветов - красный, зеленый и синий. Во втором варианте схемы используются три одинаковых белых эмиттера, излучающих через цветные фильтры. В третьем варианте применяются голубые эмиттеры и специально подобранные люминесцентные материалы для преобразования коротковолнового голубого излучения в более длинноволновое - зеленое и красное.

3. Преимущества и недостатки органических светодиодов

Преимущества:

В сравнении c плазменными дисплеями:

· меньшие габариты и вес

· более низкое энергопотребление при той же яркости

· возможность создания гибких экранов

· возможность длительное время показывать статическую картинку

В сравнении c жидкокристаллическими дисплеями:

· меньшие габариты и вес

· отсутствие необходимости в подсветке

· отсутствие такого параметра как угол обзора - изображение видно без потери качества с любого угла

· мгновенный отклик (на порядок выше, чем у LCD)

· более качественная цветопередача (высокий контраст)

· возможность создания гибких экранов

· большой диапазон рабочих температур (от ?40 до +70 °C[2])

OLED-дисплеи обеспечивают яркость излучения от нескольких кд/м² (для ночной работы) до очень высоких яркостей - свыше 100 000 кд/м², причем их яркость может регулироваться в очень широком динамическом диапазоне. Так как срок службы дисплея обратно пропорционален его яркости, для приборов рекомендуется работа при более умеренных уровнях яркости до 1000 кд/м². При освещении LCD-дисплея ярким лучом света появляются блики, а картинка на OLED-экране останется яркой и насыщенной при любом уровне освещенности (даже при прямом попадании солнечных лучей на дисплей).

Технология OLED позволяет смотреть на дисплей с любой стороны и под любым углом, причем без потери качества изображения.

Недостатки:

· маленький срок службы люминофоров некоторых цветов

· как следствие первого, невозможность создания долговечных полноценных TrueColor дисплеев

· дороговизна и неотработанность технологии по созданию больших матриц

Главная проблема для OLED - время непрерывной работы должно быть более 15 тыс. часов. Одна проблема, которая в настоящее время препятствует широкому распространению этой технологии, состоит в том, что «красный» OLED и «зелёный» OLED могут непрерывно работать на десятки тысяч часов дольше, чем «синий» OLED. Это визуально искажает изображение, причем время качественного показа неприемлемо для коммерчески жизнеспособного устройства. Хотя сегодня «синий» OLED всё-таки добрался до отметки в 17,5 тыс. часов (примерно 2 года) непрерывной работы.

При этом для дисплеев телефонов, фотокамер, планшетов и иных малых устройств достаточно в среднем около 5 тысяч часов непрерывной работы, в связи с быстрыми темпами устаревания аппаратуры и ел неактуальности после нескольких последующих лет. Поэтому в них OLED успешно применяется уже сегодня.

Можно считать это временными трудностями становления новой технологии, поскольку разрабатываются новые долговечные люминофоры. Также растут мощности по производству матриц. Потребность в преимуществах, демонстрируемых органическими дисплеями с каждым годом растёт. Этот факт позволяет заключить, что в скором времени дисплеи произведенные по OLED технологиям, с высокой вероятностью станут доминантными на рынке электроники народного потребления.

4. История создания органических светодиодов

органический светодиод дисплей квантовый

Французский учёный Андрэ Бернаноз (Andrй Bernanose) и его сотрудники открыли электролюминесценцию в органических материалах в начале 1950-х, прикладывая переменный ток высокого напряжения к прозрачным тонким плёнкам красителя акридинового оранжевого и хинакрина. В 1960-м исследователи из компании Dow Chemical разрабатывали управляемые переменным током электролюминесцентные ячейки, используя легированный антрацен.

Низкая электрическая проводимость таких материалов ограничивала развитие технологии до тех пор, пока не стали доступными более современные органические материалы, такие как полиацетилен и полипиррол. В 1963 году в ряде статей учёные сообщили о том, что они наблюдали высокую проводимость в допированном йодом полипирроле.

К сожалению, это открытие было «потеряно». И только в 1974 году исследовали свойства бистабильного выключателя на основе меланина с высокой проводимостью во «включенном» состоянии. Этот материал испускал вспышку света во время включения.

В 1977 году другая группа исследователей сообщила о высокой проводимости в подобно окисленном и легированном йодом полиацетилене. В 2000 году Алан Хигер, Алан Мак-Диармид и Хидеки Сиракава получили Нобелевскую премию по химии за «открытие и развитие проводящих органических полимеров». Ссылок на более ранние открытия не было.

Первое диодное устройство было создано в 1980-х компанией Eastman Kodak. В 1990 году в журнале Nature появляется статья учёных, в которой сообщается о полимере с зелёной светимостью и «очень высоким КПД». Недавно был разработан гибридный светоиспускающий слой, в котором используются непроводящие полимеры с примесью светоиспускающих проводящих молекул. Использование полимера даёт преимущества в механических свойствах без ухудшения оптических свойств. Светоиспускающие молекулы имеют ту же долговечность, как и в первоначальном полимере.

5. Органические светодиоды в «наноиндустрии»

Нанотрубки для OLED. LED на основе полимеров можно использовать для создания относительно недорогих легких гибких дисплеев. К сожалению, гибкость OLED ограничивает проводящий оксид индий-олова ITO, который используется в традиционных LED в качестве анода. Выход из ситуации был найден в использовании углеродных нанотрубок (УНТ) в качестве анода. Стоит отметить, что нанотрубки демонстрируют отличные механические свойства, что несомненно улучшает показатели гибкости OLED.

Ученые из Калифорнийского университета изучили возможность использования одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ) не только в качестве анода, но и катода OLED. При этом, однако, пришлось немного отступить от концепции традиционного OLED и использовать полимерную светоизлучающую электрохимическую ячейку (PLEC). PLEC состоит из светоизлучающего полимера, электролита и lithium trifluoromethane sulfonate (LiTf)) в пропорции 20:10:1 в растворе тетрагидрофурана (tetrahydrofuran). Кратко принцип ее действия можно описать так. При приложении напряжения ионы противоположного знака устремляются к соответствующим электродам, таким образом, по прошествии некоторого времени со стороны анода полимер оказывается "допированным" полимером p-типа, а со стороны катода - полимером n-типа. В центре наблюдается нейтральная область. Таким образом, получается структура p-i-n, и при приложенном напряжении PLEC люминесцируют.

В данной работе электроды из нанотрубок изготовили по стандартной технологии. Для этого ОУНТ предварительно промыли в водном растворе додецилсульфата натрия (sodium dodecylsulfonate), подвергли воздействию ультразвука и пропустили через фильтр из пористого алюминия. Отфильтрованную массу из нанотрубок перенесли на полиэстеровую подложку (PET), а на готовый электрод методом центрифугирования нанесли слой активного полимера. Полученные пленки при температуре 120 С заламинировали в структуру, показанную на рис. При этом все технологические операции выполнялись в атмосфере азота при низкой влажности и низком содержании кислорода.

Синие PLEC выявили хорошие электролюминесцентные характеристики: низкое напряжение включения (3,8 В), эффективность 2,2 кд/A при яркости 480 кд/м2, яркость 1400 кд/м2 при 10 В. Все устройства оказались очень гибкими, их можно сворачивать в трубки до 5 мм в диаметре без видимых повреждений. К сожалению, при этом деградируют люминесцентные свойства PLEC. После 50 циклов сворачивания-разворачивания характеристики ухудшились до напряжения включения 4,7 В, яркости 870 кд/м2, и максимальной эффективности 0,8 кд/А при 980 кд/м2. Дальнейшие исследования будут направлены на улучшение стабильности характеристик PLEC при деформации.

Светодиод с высокой квантовой эффективностью. О создании необычной разновидности органического светодиода (OLED) объявили Гассан Джабур (Ghassan Jabbour) и Цзянь Ли (Jian Li) из университета Аризоны (Arizona State University). Новый тип OLED откроет путь к изготовлению эффективных систем освещения.

Диод, который придумала научная группа под руководством Джабура и Ли, называется "Белый фосфоресцентный органический светодиод, базируемый на эксимерах" (Excimer-Based White Phosphorescent Organic Light-Emitting Diode). Поясним, эксимеры - это разновидность возбуждённых молекулярных комплексов.

Разработчики необычного OLED пишут, что высокой эффективности им удалось добиться путём сочетания специально подобранных мономеров и эксимеров, внедрённых в новый базовый материал, а также - оптимизации конструкции диода с точки зрения распределения зарядов. В результате удалось, как сообщают исследователи, "впервые продемонстрировать почти 100% внутреннюю квантовую эффективность белого OLED" (подробнее - в пресс-релиз университета и статье авторов работы в журнале Advanced Materials).

Авторы этой исследовательской работы утверждают, что светодиоды на эксимерах с подобранными ими материалами и архитектурой, можно производить в массовом порядке и сравнительно недорого.

Заключение

Я считаю, развитие и использование органических светодиодов, в частности для создания дисплеев, очень перспективным направлением в науке. Уже сегодня основные недостатки таких дисплеев устраняются использованием новых материалов, в том числе синтезированных при помощи нанотехнологий. Применение таких дисплеев безгранично: начиная от обычных сотовых телефонов и MP3-плееров до широкоэкранных телевизоров и информационных табло.

Список использованной литературы

1. ASU Insight, MEMBRANA Люди. Идеи. Технологии., Wiley InterScience

2. Highly flexible polymer light-emitting devices using carbon nanotubes as both anodes and cathodes - SPIE Library

3. Майская В. Органические светодиоды. Удивительное рядом // Электроник.

Размещено на Allbest.ru