Органические светодиоды как средство создания дисплеев нового поколения

ОРГАНИЧЕСКИЕ СВЕТОДИОДЫ КАК СРЕДСТВО СОЗДАНИЯ ДИСПЛЕЕВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

© Подлесный А.О.*, Полякова О.С.*

Институт космических и информационных технологий Сибирского федерального университета, г. Красноярск

На сегодняшний день весь мир не так заинтересован в развитии новых технологий, требующих большого количества дорогостоящих ресурсов, как в развитии новых технологий, удешевляющих производство уже существующих новшеств и делающих их использование более рациональным и эффективным. На основе данных потребностей был создан органический светоизлучающий светодиод (англ. Organic Light-Emitting Diode (OLED)) -полупроводниковый прибор, изготовленный из органических соединений, который эффективно излучает свет при пропускании через него электрического тока. Его основное применение - в создании устройств отображения информации (дисплеев). Предполагается, что такие дисплеи придут на смену обычным LCD-дисплеям (жидкокристаллическим).

История создания органических светодиодов была достаточно длинной и трудоёмкой. Всё началось, когда французский ученый Андрэ Бернаноз с его сотрудниками открыли электролюминесценцию в органических материалах в начале 1950-х, применяя переменный ток к прозрачным тонким плёнкам красителей акридинового оранжевого и хинакрина. В 1960 году исследователи компании Dow Chemical разрабатывали управляемые переменным током электролюминесцентные ячейки, используя для этого легированный антрацен. Такие материалы обладали низкой электрической проводимостью, что ограничивало развитие технологии до тех пор, пока не появились более современные органические материалы, такие как полипиррол и полиацетилен. Позже, в 1974 году был исследованы свойства бистабильного выключателя на основе меланина, который имел высокую проводимость во включенном состоянии и испускал вспышку света во время включения. Первое диодное устройство было создано компанией Eastman Kodak в 1980-х.

Не так давно был разработан гибридный светоиспускающий слой, который сочетает в себе непроводящие полимеры, что предоставляет преимущества в механических свойствах без ухудшения оптических свойств, с примесью светоиспускающих проводящих молекул, которые имеют ту же долговечность, что и в первоначальном полимере.

В процессе создания органических (OLED) светодиодов используют многослойные структуры, которые состоят из слоев нескольких полимеров

* Студент.

* Студент.

(рис. 1). Когда на анод подается положительное относительно катода напряжение, электроны протекают через прибор от катода к аноду. Далее катод отдает электроны в эмиссионный слой, а анод забирает электроны из проводящего слоя (другими словами, анод отдает дырки в проводящий слой). Когда эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой -положительный заряд, под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг 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. Исходя из этого, слой и называют эмиссионным.

При подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения прибор не работает, так как в этом случае электроны движутся к катоду, а дырки в противоположном направлении к аноду, и рекомбинации не происходит.

Какие материалы используются для изготовления анодов и катодов? Анод обычно изготавливают из оксида индия, легированного оловом, так как он обладает прозрачностью для видимого света и имеет высокую работу выхода, что означает положительное действие на инжекцию дырок в полимерный слой. Катод же часто изготавливают из металлов, таких как алюминий и кальций, так как эти металлы обладают низкой работой выхода, что способствует инжекции электронов в полимерный слой.

Рис. 1. Схема двухслойной ОЬББ-панели: 1) катод

Рассмотрим преимущества и недостатки ОЬББ-дисплеев. В сравнении с плазменными дисплеями, ОЬББ-дисплеи обладают более низким энергопотреблением при той же яркости. В сравнении с жидкокристаллическими дисплеями, ОЬББ-дисплеи не нуждаются в подсветке, имеют большие углы обзора (изображение видно без потери качества с любого угла), обладают мгновенным откликом (по сути полное отсутствие инерционности), высоким контра-

стом, а также большим диапазон рабочих температур (от -40 до +70 градусов Цельсия). Также дисплеи на органических светодиодах, в сравнении с обоими его «конкурентами», обладают меньшими габаритами и весом, а также возможностью создания гибких экранов.

OLED-дисплеи обладают яркостью излучения от нескольких кд/м2 (для ночной работы) до сверхвысоких яркостей - свыше 100 000 кд/м2, причем их яркость может регулироваться в очень широком динамическом диапазоне. Но так как срок службы такого дисплея обратно пропорционален его яркости, для приборов с таким дисплеем рекомендуется умеренная яркость, величиной до 1000 кд/м2. Касаемо контрастности, OLED-дисплеи обладают контрастностью 1000000:1 (LCD до 2000:1, CRT до 5000:1). Изображение на таком дисплее не теряет качества при просмотре с любой стороны и под любым углом (данное достоинство не столь весомо, так как современные ЖК-дисплеи также сохраняют приемлемое качество изображения при больших углах обзора). Еще одной отличительной особенностью OLED является малое энергопотребление.

Основные недостатки OLED-дисплеев заключаются в малом сроке службы люминофоров некоторых цветов (порядка 2-3 лет), следовательно, невозможно создать полноценный TrueColor-дисплей, а также дороговизна и неотработанность производства дисплеев с большими матрицами. Но всё же главная проблема, которая препятствует широкому распространению этой технологии в экранах телевизоров и мониторов, состоит в том, что «красный» и «зеленый» OLED могут работать на десятки тысяч часов дольше, чем «синий» OLED. Однако уже сегодня «синий» OLED добрался до отметки в 17,5 тысяч часов (примерно 2 года) непрерывной работы. Дисплеям телефонов, фотокамер, планшетов и другим устройствам с малым экраном этих показателей вполне достаточно, так как аппаратура быстро устаревает и становится неактуальной уже через несколько лет. Средняя продолжительность работы таких устройств около 5 тысяч часов непрерывной работы, что вполне позволяет применять в их производстве OLED-дисплеи. Как и большинство других, данная проблема является временной, и зависит только от скорости разработки долговечных люминофоров.

На сегодняшний день органические дисплеи встраиваются как в приборах народного потребления, такие как мобильные телефоны, цифровые фотоаппараты, автомобильные бортовые компьютеры, цифровые индикаторы с небольшими OLED-дисплеями, лицевые панели автомагнитол, карманные цифровые аудиопроигрыватели и т.д., так и в приборах узкой направленности, например, в приборы ночного видения.

Касаемо популярности на рынке в настоящее время можно сказать, что OLED-дисплеями всё чаще и чаще находят применение в производстве разного рода электроники. Основными производителями, выпускающими продукцию на органических светодиодах, являются компании Samsung (27 %),

Pioneer (20 %), RiTdisplay (18 %), LGE (18 %). Также ведутся разработки телевизионных OLED-систем.

Поскольку потребность в преимуществах, предоставляемых органическими дисплеями, постоянно растёт, можно с высокой вероятностью заключить, что в скором времени дисплеи, произведённые по технологии OLED, станут доминантными на рынке электроники.

Список литературы:

1. http://www.nature.com/nature/journal/v3 97/n6715/abs/3 97121a0.html.

2. http://superscreen.ru/article/a-60.html.

3. http://hard.compulenta.ru/654388.

4. http://www.membrana.ru/particle/11056.