Органический светодиод

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «OLED»)
Перейти к: навигация, поиск
Схема OLED

Органический светодиод (англ. organic light-emitting diode, сокр. OLED) — полупроводниковый прибор, изготовленный из органических соединений, эффективно излучающих свет при пропускании через них электрического тока.

Основное применение технология OLED находит при создании устройств отображения информации (дисплеев). Предполагается, что производство таких дисплеев будет гораздо дешевле, нежели жидкокристаллических дисплеев.[источник не указан 525 дней]

1,5-дюймовый (3,81 сантиметра) OLED-дисплей медиаплеера Creative ZEN V

Принцип действия[править | править вики-текст]

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.

Схема 2х слойной OLED-панели: 1. Катод(−), 2. Эмиссионный слой, 3. Испускаемое излучение, 4. Проводящий слой, 5. Анод (+)

Прибор не работает при подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения. В этом случае дырки движутся к аноду, а электроны в противоположном направлении к катоду, и рекомбинации не происходит.

В качестве материала анода обычно используется оксид индия, легированный оловом. Он прозрачный для видимого света и имеет высокую работу выхода, которая способствует инжекции дырок в полимерный слой. Для изготовления катода часто используют металлы, такие как алюминий и кальций, так как они обладают низкой работой выхода, способствующей инжекции электронов в полимерный слой.[1]

Преимущества и недостатки[править | править вики-текст]

Преимущества[править | править вики-текст]

В сравнении c плазменными дисплеями[править | править вики-текст]

  • меньшие габариты и вес
  • более низкое энергопотребление при той же яркости
  • возможность создания гибких экранов

В сравнении c жидкокристаллическими дисплеями[править | править вики-текст]

  • меньшие габариты и вес
  • отсутствие необходимости в подсветке
  • большие углы обзора — изображение видно без потери качества с любого угла
  • мгновенный отклик (на несколько порядков быстрее, чем у ЖК) — по сути полное отсутствие инерционности
  • высокая контрастность
  • возможность создания гибких экранов
  • большой диапазон рабочих температур (от −40 до +70 °C[2])

Яркость

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 1 000 кд / м².

Контрастность

Здесь OLED также лидер. OLED-дисплеи обладают контрастностью 10 000 : 1 или даже больше (контрастность ЖК до 2 000 : 1[источник не указан 1895 дней], ЭЛТ — до 5 000 : 1)

Углы обзора

Технология OLED позволяет смотреть на дисплей под любым углом без потери качества изображения. Впрочем, современные ЖК дисплеи (за исключением основанных на TN + film матрицах) также сохраняют приемлемое качество картинки при больших углах обзора.

Энергопотребление

Сложно сравнивать что-либо по потреблению с ЖК, так как жидкокристаллическая ячейка в рабочем режиме требует крайне малой величины тока. Однако вспомогательные средства для обеспечения её работы (драйверы, подсветка) могут потреблять весьма много или наоборот, очень мало — определяется задачами для которых предназначен тот или иной ЖК-дисплей. Потребление OLED прямо пропорционально яркости и площади свечения.

Недостатки[править | править вики-текст]

  • маленький срок службы люминофоров некоторых цветов (порядка 2–3 лет);
  • как следствие первого, невозможность создания долговечных полноценных TrueColor-дисплеев;
  • дороговизна и неотработанность технологии по созданию больших матриц.

Главная проблема OLED — время непрерывной работы должно быть не менее 15 тыс. часов. Одна проблема, которая в настоящее время препятствует широкому распространению этой технологии в мониторах и телевизорах, 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[когда?] «синий» OLED всё-таки добрался до отметки в 17,5 тыс. часов (примерно 2 года) непрерывной работы.

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 произведëнные по OLED-технологиям, с высокой вероятностью станут доминантными на рынке электроники народного потребления.

Применение[править | править вики-текст]

На сегодняшний день[когда?] OLED-технология применяется многими разработчиками узкой направленности, например, для создания приборов ночного видения. Органические дисплеи встраиваются в телефоны, цифровые фотоаппараты, автомобильные бортовые компьютеры, коммерческие OLED-телевизоры, выпускаются небольшие OLED-дисплеи для цифровых индикаторов, лицевых панелей автомагнитол, карманных цифровых аудиопроигрывателей, и т. д.

Объём продаж[править | править вики-текст]

Рынок OLED-дисплеев медленно, но уверенно растёт. Основные производители: Samsung (27 %), Pioneer (20 %), RiTdisplay (18 %), LG (18 %).

В данный момент ведётся разработка телевизионных OLED-систем. На сегодня коммерческие OLED-телевизоры на мировом рынке пока выпускаются компаниями Sony и LG (200 изделий проданы в Южной Корее за первый квартал 2013 года, продажи в Лондоне начались в марте 2013 года)[3]. К коммерческому производству готовятся Samsung, Toshiba, а также альянс компаний Matsushita Electric Industrial, Canon и Hitachi.

История[править | править вики-текст]

Французский учёный Андрэ Бернаноз (André 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 году 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. Они достигли проводимости 1 См/см. 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».[источник не указан 543 дня]

Недавно[когда?] 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.

Основные направления исследований и разработок[править | править вики-текст]

Основные направления исследований разработчиков OLED-панелей, где на сегодняшний день есть реальные результаты:

PHOLED[править | править вики-текст]

PHOLED (англ.) (Phosphorescent OLED) — технология, являющаяся достижением Universal Display Corporation (UDC) совместно с Принстонским университетом и университетом Южной Калифорнии. Как и все OLED, PHOLED функционируют следующим образом: электрический ток подводится к органическим молекулам, которые испускают яркий свет. Однако, PHOLED используют принцип электрофосфоресценции, чтобы преобразовать до 100 % электрической энергии в свет. К примеру, традиционные флуоресцентные OLED преобразовывают в свет приблизительно 25–30 % электрической энергии.

Из-за их чрезвычайно высокого уровня эффективности энергии, даже по сравнению с другим OLED, PHOLED изучаются для потенциального использования в больших дисплеях типа телевизионных мониторов или экранов для потребностей освещения. Потенциальное использование PHOLED для освещения: можно покрыть стены гигантскими PHOLED-дисплеями. Это позволило бы всем комнатам освещаться равномерно, вместо использования лампочек, которые распределяют свет неравномерно по комнате. Или мониторы-стены или окна — удобно для организаций или любителей поэкспериментировать с интерьером.

Также к преимуществам PHOLED-дисплеев можно отнести яркие, насыщенные цвета, а также достаточно долгий срок службы.

TOLED[править | править вики-текст]

TOLED (Transparent and Top-emitting OLED) — технология, позволяющая создавать прозрачные (Transparent) дисплеи, а также достигнуть более высокого уровня контрастности.

Прозрачные TOLED-дисплеи: направление излучения света может быть только вверх, только вниз или в оба направления (прозрачный). TOLED может существенно улучшить контраст, что улучшает читаемость дисплея при ярком солнечном свете.

Так как TOLED на 70 % прозрачны при выключении, то их можно крепить прямо на лобовое стекло автомобиля, на витрины магазинов или для установки в шлеме виртуальной реальности. Также прозрачность TOLED позволяет использовать их с металлом, фольгой, кремниевым кристаллом и другими непрозрачными подложками для дисплеев с отображением вперед (могут использоваться в будущих динамических кредитных картах). Прозрачность экрана достигается при использовании прозрачных органических элементов и материалов для изготовления электродов.

За счёт использования поглотителя с низким коэффициентом отражения для подложки TOLED-дисплея контрастное отношение может на порядок превзойти ЖКИ (мобильные телефоны и кабины военных самолетов-истребителей).

По технологии TOLED также можно изготавливать многослойные устройства(например SOLED) и гибридные матрицы (Двунаправленные TOLED TOLED делают возможным удвоить отображаемую область при том же размере экрана — для устройств, у которых желаемый объём выводимой информации шире, чем существующий).

FOLED[править | править вики-текст]

FOLED (Flexible OLED) — главная особенность — гибкость OLED-дисплея. Используется пластик или гибкая металлическая пластина в качестве подложки с одной стороны, и OLED-ячейки в герметичной тонкой защитной пленке — с другой. Преимущества FOLED: ультратонкость дисплея, сверхнизкий вес, прочность, долговечность и гибкость, которая позволяет применять OLED-панели в самых неожиданных местах. (Раздолье для фантазии — область возможного применения OLED весьма велика).

SOLED[править | править вики-текст]

Staked OLED — технология экрана от UDC (сложенные OLED). SOLED используют следующую архитектуру: изображение подпикселей складывается (красные, синие и зеленые элементы в каждом пикселе) вертикально вместо того, чтобы располагаться рядом, как это происходит в ЖК-дисплее или электронно-лучевой трубке.

В SOLED каждым элементом подпикселя можно управлять независимо. Цвет пикселя может быть отрегулирован при изменении тока, проходящего через три цветных элемента (в нецветных дисплеях используется модуляция ширины импульса). Яркостью управляют, меняя силу тока.

Преимущества SOLED: высокая плотность заполнения дисплея органическими ячейками, посредством чего достигается хорошее разрешение, а значит, высококачественная картинка.

Passive/Active Matrix[править | править вики-текст]

Каждый пиксель цветного OLED-дисплея формируется из трех составляющих — органических ячеек, отвечающих за синий, зелёный и красный цвета.

В основе OLED — пассивные и активные матрицы управления ячейками.

Пассивная матрица представляет собой массив анодов, расположенных строками, и катодов, расположенных столбцами. Чтобы подать заряд на определённый органический диод, необходимо выбрать нужный номер катода и анода, на пересечении которых находится целевой пиксель, и пустить ток. Используется в монохромных экранах с диагональю 2-3 дюйма (дисплеи сотовых телефонов, электронных часов, различные информационные экраны техники).

Активная матрица: как и в случае LCD-мониторов, для управления каждой ячейкой OLED используются транзисторы, запоминающие необходимую для поддержания светимости пикселя информацию. Управляющий сигнал подается на конкретный транзистор, благодаря чему ячейки обновляются достаточно быстро. Используется технология TFT (Thin Film Transistor) — тонкоплёночного транзистора. Создается массив транзисторов в виде матрицы, который накладывается на подложку прямо под органический слой дисплея. Слой TFT формируется из поликристального или аморфного кремния.

Также идут разработки O-TFT (Organic TFT) — технологии органических транзисторов.

Перспективы развития[править | править вики-текст]

Ожидается, что на смену OLED-дисплеям могут прийти более эффективные и экономичные дисплеи TMOS (Time-Multiplexed Optical Shutter, «оптический затвор с временным мультиплексированием») — технология, которая использует инерционность сетчатки человеческого глаза.[4]

Технологические события[править | править вики-текст]

Разработки Samsung и LG[править | править вики-текст]

  • На выставке CES 2012, Samsung и LG представили телевизоры OLED с диагональю 55 дюймов толщиной 7,6 мм и 4 мм соответственно.[5]

Разработки Sony[править | править вики-текст]

Sony XEL-1 (вид спереди)
Sony XEL-1 (вид сбоку)
  • В Лас Вегасе CES 2007, Sony представила 11-дюймовую (28 см, разрешение 1024 × 600) и 27-дюймовую (68.5 см, разрешение HD в 1920 × 1080) модели, с контрастностью «миллион к одному» и полной толщиной 5 мм. Sony выпустила коммерческую версию этих мониторов в Японии в декабре 2007.
  • 25 мая 2007 Sony представила 2.5-дюймовый (6,3 см) гибкий экран FOLED, толщиной 0.3 миллиметра. Было продемонстрировано видео на согнутом экране.
  • 16 апреля 2008 Sony представила дисплей OLED, толщиной 0.2 миллиметра и шириной 3.5-дюймов (9 см) с разрешением 320x200 пикселей и 11-дюймовый экран толщиной 0,3 мм с разрешением 960x540 пикселей.

Другие компании[править | править вики-текст]

Смартфон Nokia N85, анонсированный в августе 2008 года и поступивший в продажу в октябре 2008 года — первый смартфон от финской компании с AM-OLED дисплеем.

Клавиатура «Оптимус Максимус» (Студия Лебедева), выпущенная в начале 2008 г. (прототипы), использует 48×48-пиксельные OLED-дисплеи (10,1×10,1 мм), встроенные в клавиши.

OLED может использоваться в голографии с высокой разрешающей способностью (volumetric display). 12 мая 2007 года на ЭКСПО-Лиссабон было представлено трёхмерное видео (потенциальное применение этих материалов).

Органические светодиоды могут также использоваться как источники света. OLED находят применение как источники общего освещения (в ЕС — проект OLLA).

11 марта 2008 года GE Global Research продемонстрировала первый OLED, изготовленный в виде рулона.[6].

Chi Mei EL Corp of Tainan (Корпорация Тайнаня) продемонстрировала на конференции в Лос-Анджелесе (20-22 мая 2008 года) 25-дюймовые низкотемпературные прозрачные кремниевые OLED.

Epson в 2004 году выпустила 40-дюймовый дисплей (успех можно объяснить тем, что технология производства таких дисплеев похожа на технологию печати в струйном принтере[источник не указан 1856 дней], а в этом деле компания имеет большой опыт).

Южнокорейский производитель электроники LG Electronics сообщил о планах компании по началу коммерческого производства и продаж первого массового 15-дюймового телевизора, созданного по технологии органических светоизлучающих диодов. LG стала первым в мире производителем, освоившим технологию OLED для массового производства[7].[8]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, J. H. Burroughes, R. N. Marks, C. Taliani, D. D. C. Bradley, D. A. Dos Santos, J. L. Brédas, M. Lögdlund, W. R. Salaneck, Electroluminescence in conjugated polymers, Nature 1999, 397, 121.
  2. OLED (рус.) (20 апреля 2006). Проверено 7 января 2010. Архивировано из первоисточника 15 февраля 2012.
  3. LG sells 200 OLED TVs in three months in Korea (6 сентября 2012 г.)
  4. На смену LCD и OLED дисплеям идут более эффективные и экономичные дисплеи TMOS // NanoWeek, 27 октября — 2 ноября 2009г, No. 86
  5. CES 2012: Samsung и LG показали самые большие в мире OLED-панели (11 января 2012 г.)
  6. Органические световые панели теперь печатают как газеты (13 марта 2008 г.)
  7. CyberSecurity.ru: В ноябре LG Electronics начнет продажи AMOLED-телевизоров (31.08.2009)
  8. CNEWS о планах LG

Ссылки[править | править вики-текст]