OLEDIntroducere
O dioda organica electroluminiscenta ( OLED ) este o diod ce
emite lumin ( LED ), n care stratul electroluminescent radiant este
o folie de compus organic care emite lumin ca rspuns la un curent
electric . Acest strat de semiconductor organic este situat ntre
doi electrozi ; n mod uzual, cel puin unul dintre aceti electrozi
este transparent . OLED-urile sunt folosite pentru a crea ecrane
digitale n dispozitive, cum ar fi ecranele de televiziune ,
monitoare de calculator , sisteme portabile cum ar fi telefoane
mobile, console de jocuri portabile i PDA-uri . Un domeniu major de
cercetare este dezvoltarea de dispozitive OLED albe pentru
utilizarea n aplicaii de iluminat in stare solida.
Exist dou tipuri principale de OLED : cele bazate pe molecule
mici i cele ce presupun polimeri . Adugarea de ioni mobili pentru
un OLED creeaz o celul electrochimic emitoare de lumin ( LEC ),
care are un mod uor diferit de operare . Ecranele OLED pot utiliza
fie scheme de adresare pasiva ( PMOLED ) fie activa. OLED-urile ce
folosesc adresarea activa ( AMOLED ) necesit un tranzistor de tip
backplane - o pelicul subire pentru a comuta fiecare pixel n parte
- dar permit o rezolutie mai mare si permit de asemenea crearea
unor ecrane de dimensiuni mai mari.Un ecran OLED funcioneaz fr o
lumina de fundal ; astfel , se pot afia niveluri de negru profunde
i poate fi mai subire i mai uor dect un ecran cu cristale lichide (
LCD ) . n condiii de luminozitate redus (cum ar fi o camer ntunecat
) , un ecran OLED poate atinge o rat de contrast mai mare dect un
LCD , indiferent dac pe ecranul LCD folosete lmpi fluorescente cu
catod rece sau o lumin de fundal cu LED-uri .Primele observaii ale
electroluminiscenei n materiale organice au fost facute la nceputul
anilor 1950 de ctre Andr Bernanose i colaboratorii si de la
Nancy-Universit n Frana. Ei au aplicat tensiuni alternative nalte
in aer la diverse materiale, fie depuse pe fie dizolvate n celuloz
sau filme subtiri de celofan. Mecanismul propus a fost fie excitaie
direct a moleculelor cu colorani, fie excitarea electronilor. n
1960, Martin Pope i unii dintre colaboratorii si de la
Universitatea din New York a dezvoltat contacte intre electroni si
cristale organice. Ei au descris n continuare cerinele energetice
necesare (funcii de lucru) pentru injectarea electronilor si
golurilor in electrozi prin contact . Aceste contacte sunt pe baz
de injecie de sarcin n toate dispozitivele OLED moderne. Grup lui
Pope, de asemenea, a observat pentru prima oar electroluminiscena
curentului continuu n vid, pe un singur cristal pur de antracen i
cristale de antracen dopate cu tetracen n 1963, folosind un
electrod de argint la 400 de voli. Mecanismul propus a fost
excitatia de electroni accelerata n cmp de fluorescen
molecular.Grup lui Pope a raportat n 1965, ca, n absena unui cmp
electric extern, electroluminiscenta n cristale antracenului este
cauzat de recombinarea unui electron tratat termic cu un gol, i c
nivelul conductivitatii antracenului este mai mare din punct de
vedere energetic dect energia excitonilor. De asemenea, n 1965, W.
Helfrich i WG Schneider de la Consiliului National de Cercetare din
Canada au obtinut electroluminiscenta pentru prima dat ntr-un
cristal antracen folosind goluri i electroni injectati in
electrozi. n acelai an, cercetatorl Dow Chemical a brevetat o metod
de preparare a celulelor electroluminiscente folosind nalt tensiune
(500-1500 V) in curent alternativ (100-3000 Hz), folosind straturi
subiri de fosfor topit constnd din pulbere de antracen sol,
tetracen , i pulbere de grafit. Mecanismul lor se bazeaza pe
excitaia electronica la contactul dintre particulele de grafit i
moleculele antracenului.Electroluminiscen din foliile polimerice a
fost observat pentru prima dat de Roger Partridge la National
Physical Laboratory din Marea Britanie. Dispozitivul consta
dintr-un strat de poli (n-vinilcarbazol) de pn la 2,2 micrometri
grosime de situate ntre doi electrozi cu incarcare prin injectie.
Rezultatele proiectului au fost brevetate n 1975 i publicate n
1983Primul dispozitiv de tip dioda a fost raportat la Eastman Kodak
de Ching W. Tang i Steven Van Slyke n 1987.Acest dispozitiv folosit
structur noua cu dou straturi cu transportul de goluri separat de
transportul de electroni astfel nct recombinare i emisia de lumina
sa aiba loc n mijloc a stratului organic; aceasta a dus la o
reducere a tensiunii de operare i o mbuntire a eficienei care a
condus la nivelul actual de dezvoltare al tehnologiei
OLED.Cercetarea n electroluminiscen polimerica a culminat n 1990 cu
JH Burroughes si colab. la Laboratorul Cavendish din Cambridge,
unde s-a raportat un polimer emitator de lumina verde de nalt
eficien pentru care s-au folosit 100 de folii groase nm de poli
(p-fenilen vinilen).Universal Display Corporation deine majoritatea
brevetelor privind comercializarea OLED-urilor.
Principiul de functionareUn OLED tipic este compus dintr-un
strat de materiale organice situat ntre doi electrozi, anodul i
catodul, toate depuse pe un substrat. Moleculele organice sunt bune
conductoare de electricitate, ca urmare a delocalizrii de electroni
pi.. Aceste materiale au un nivel de conductivitate variind de la
izolatori la conductori, i, prin urmare, sunt considerate
semiconductoriorganici. Orbitalii moleculari cel mai ocupat si cel
mai putin neocupat (HOMO i LUMO) ale semiconductori organici sunt
similare cu benzile de valenta si de conductie ale
semiconductorilor organici.
Iniial, OLED-urile de polimer cele mai de baz au constat intr-un
strat organic singular. Un exemplu a fost primul dispozitiv de
emitere a luminii sintetizat de JH Burroughes si colab., care a
implicat un singur strat de polimer (p-fenilen vinilen). Cu toate
acestea OLED-urile multistrat pot fi fabricate cu dou sau mai multe
straturi, n scopul de a mbunti eficiena dispozitivului. Pe langa
proprieti conductive, diferite materiale pot fi alese pentru a
ajuta injectia de sarcina a electrozilor sau pentru a opri o
sarcina de la a ajunge la electrodul opus si a se pierde. Multe
OLED-uri moderne ncorporeaz o structur cu dou straturi, care const
intr-un strat conductiv i un strat emisiv. Evoluii mai recente n
domeniul arhitecturii OLED imbunatatesc eficiena (pn la 19%), cu
ajutorul unei heterojonctiuni clasificate. n arhitectura
heterojonciunii gradate, raportul dintre goluri i electroni de
transport variaz continuu n stratul radiativ gratie unui emitor
dopant. n timpul funcionrii, este aplicat o tensiune pe OLED astfel
nct anodul este pozitiv n raport cu catodul. Anozi sunt alesi pe
baza transparentei optice, a conductivitatii electrice i a
stabilitatatii chimice. Un curent de electroni parcurge
dispozitivul de catod la anod, ir electronii sunt injectate n LUMO
stratului organic la catod i retrase din HOMO la anod. Acest ultim
procedeu poate fi, de asemenea, descris ca injectarea de goluri n
HOMO. Forele electrostatice fac ca electronii i golurile sa se
recombine, formnd un exciton, o stare comuna a electronului si a
golului. Acest lucru se ntmpl mai aproape de stratul radiativ,
pentru c n semiconductorii organici golurile sunt n general mai
mobile dect electronii. Degradarea acestei stari de excitatie se
transpune ntr-o relaxare a nivelurilor de energie ale electronului,
nsoit de emisia de radiaie a carei frecventa este n spectrul
vizibil. Frecvena acestei radiaii depinde de diferenta de energie
dintre HOMO i LUMO.Deoarece electroni i goluri sunt fermioni cu
spinul 1/2, un exciton poate fi fie ntr-o stare de singlet sau
triplet, n funcie de modul n care au fost combinate spinuri ale
electronului si ale golului. Diode emitoare de lumin organice
fosforescente face uz de interaciuni spin-orbita pentru a facilita
schimbul dintre sisteme singletelor i tripletelor, obinndu-se
astfel de emisie atat din partea singletului, cat si din partea
tripletului i. deci, mbuntirea eficienei interne.Indiu oxid de
staniu (ITO) este frecvent utilizat ca material de anod. Este
transparent la lumina i ajuta la injectarea de goluri in nivelul
HOMO al stratului organic. Metale precum bariu i calciu sunt adesea
folosite pentru catod, unde ajuta la injectia de electroni in
nivelul LUMO al stratului organic. Astfel de metale sunt reactive,
astfel nct acestea necesit un strat protector de aluminiu pentru a
evita degradarea .Cercetarile au dovedit ca proprietatile anodului
joac un rol major n eficiena, performana, precum i in durata de via
a LED-uri ecologice. Imperfeciunile n suprafaa anodului cresc
rezistena electric i permit formarea petelor brune non-emisive in
materialul OLED, pete care afecteaz n mod negativ durata de viata a
materialului.. Mecanismele ce reduc rugozitate anodului pentru ITO
/ substraturi de sticl includ utilizarea de folii subtiri si
monostraturi auto-asamblate. De asemenea, substraturi alternative i
materiale anodice sunt considerate a creste performanta OLED i
durata de via. Exemplele includ substraturi din cristal de safir
trata cu aur (Au) ce reprezinta anozi de folie, ce reduc tensiunile
de operare, reduc valorile rezistentei electrice si cresc speranta
de viata a OLED-urilor.MaterialeDiodele organice
electroluminiscente pot fi alcatuite din diverse materiale. Astfel,
primul material din care a fost construit un OLED au fost
moleculele mici (small molecules). De aceea, in mod traditional
termenul OLED se refera la acest tip de diode, desi exista de
asemenea termenul SM-OLED. Cel de-al doilea material din punct de
vedere cronologic folosit in crearea OLED-urilor a fost dioda
polimerica electroluminiscenta (PLED, numita si LEP - polimeri
electroluminiscenti).AvantajeCosturi mai mici n viitorOLED-urile
pot fi imprimate pe orice substrat adecvat cu o imprimanta cu jet
de cerneal sau chiar prin serigrafie, teoretic, ceea ce le face mai
ieftin de produs decat LCD-ul sau cu plasma. Cu toate acestea,
fabricarea substratului OLED este mai costisitoare dect cea a unui
LCD TFT, pana cand metodele de productie in masa se vor ieftini.
Metode de roll-to-roll cu depunere de vapori pentru dispozitive
organice permit producerea a mii de dispozitive pe minut pentru un
cost minim, dei aceasta tehnica induce, de asemenea, probleme n
faptul c dispozitivele cu mai multe straturi pot fi o provocare din
cauza necesitatii alinierii diferitelor straturi printate cu gradul
cerut de acuratete.
Substraturi uoare i flexibile din plastic
Ecranele OLED pot fi fabricate pe substraturi flexibile de
plastic care conduc la posibila fabricare a diodelor emitatoare de
lumina flexible pentru alte aplicaii noi, cum ar fi display roll-up
ncorporate n esturi sau haine. Utilizand un substrat flexibil, cum
ar fi polietilen tereftalat (PET), afiajele pot fi produse ieftin.
Mai mult, substraturi de plastic sunt rezistente, spre deosebire de
display-uri sticl folosite n dispozitivele LCD.
Unghiuri de vizualizare mai largi i luminozitate
mbuntitOLED-urile pot cauza un contrast mai mare (att dinamic, cat
si static, msurat n condiii de ntuneric pur) i un unghi de
vizualizare mai larg comparativ cu LCD-uri, deoarece pixelii OLED
emit lumin direct. Culorile OLED par potrivite si corecte, chiar si
cand unghiul de vizualizare se apropie de 90 fata de
normala.Eficien energetic si dimensiuneLCD-urile filtreaz lumina
emis de o lumin de fundal, permitand unei mici parti din acea
lumina sa treaca. Deci, ei nu pot arta adevrat negru. Cu toate
acestea, un element OLED inactiv nu produce lumina sau consum
energie, permind astfel obtinerea unui negru real. Faptul ca
respinge lumina de fundal face, de asemenea, OLED-urile mai usoare,
deoarece unele substraturi nu sunt necesare. Acest lucru permite
electronicelor s fie fabricate mai ieftin, dar, n primul rnd, este
nevoie de o scar de producie mai mare, pentru c OLED-urile sunt nc
oarecum produse de ni. Atunci cand discutam despre OLED-urile de
top, grosimea joac, de asemenea, un rol atunci in cazul indicelui
de potrivire straturilor (IMLS). Intensitatea de emisie este
mbuntit atunci cnd grosimea IML este 1.3-2.5 nm. Valoarea de
refracie i de potrivire a proprietatilor optice a IMLS, inclusiv
parametrii structurii dispozitivului pot spori, de asemenea,
intensitatea de emisie la aceste grosimiTimpul de rspunsOLED-urile,
de asemenea, poate avea un timp de rspuns mai rapid dect ecranele
LCD standard. ntruct LCD sunt capabile de un timp de raspuns intre
1 i 16 ms, oferind o rat de remprosptare de 60 - 480 Hz, un OLED
teoretic poate avea un timp de rspuns mai mic de 0,01 ms, permind o
rata de reincarcare de pn la 100.000 de Hz. OLED-urile de asemenea,
pot fi rulat ca un ecran flicker, similar cu un CRT, cu scopul de a
elimina efectul care creeaz motion blur pe
OLED-uri.DezavantajeDurata de viataCea mai mare problem tehnic
pentru OLED-urile a fost durata de via limitat a materialelor
organice. Un raport tehnic din 2008 privind un panou OLED TV a
constatat c "Dup 1000 de ore, culorile se degradasera puternic.
Albastru s-a degradat de 12%, rou cu 7% i verdele cu 8%." n
particular, OLED-urile albastre au o durata de viata de 14000 pana
ajung la jumatate din luminozitatea initiala (cinci ani de folosire
8 ore pe zi), atunci cnd sunt utilizate ecrane plate. Aceasta este
mai mic dect durata de via tipic a LCD, LED sau tehnologia PDP.
Fiecare n prezent este evaluat timp de aproximativ 25,000-40,000
ore la jumtate din luminozitatea maxima, n funcie de productor i
model. Degradarea se produce din cauza acumulrii de centre de
recombinare neradiativa i a luminiscentei de saturare n zona
emisiva. Se spune c defalcarea chimica n semiconductori loc n patru
etape: 1) recombinarea a purttorilor de sarcin prin absorbia de
lumina UV, 2) disociere hemolitica, 3) aditie ulterioara de
radicali care formeaz radicali , i 4) disproporionarea ntre doi
radicali care rezult n reaciile de transfer de hidrogen atomic.Cu
toate acestea, unii producatori "vizeaz creterea duratei de via a
display-uri OLED, folosindu-se de experienta anterioara cu ecranele
LCD si incercand astfel aceeai strlucire la intensitate mai mica a
curentului. n 2007, au fost create OLED-urile experimentale care
pot susine 400 cd / m2 pentru peste 198000 ore pentru OLED-urile
verzi i 62000 ore pentru OLED-urile albastre. Probleme de echilibru
de culoaren plus, deoarece materialul OLED folosit pentru culoarea
albastra se degradeaza semnificativ mai rapid dect materialele care
produc alte culori, cantitatea de culoare albastru afisat va scadea
comparativ cu celelalte culori ale luminii. Aceast variaie a
intensitatii albastrului va schimba echilibrul de culoare al
ecranului i va fi mult mai vizibil dect o scdere globala a
intensitatii luminii. Acest lucru poate fi evitat parial prin
ajustarea echilibrului de culoare, dar acest lucru poate necesita
circuite avansate de control i interaciunea cu utilizatorul, ceea
ce este inacceptabil pentru unii utilizatori. Mai frecvent ns,
productorii optimizeaza dimensiunea subpixelilor RGB pentru a
reduce densitatea de curent prin subpixel, uniformizand astfel
durata de viata la intensitate maxim. De exemplu, un subpixel
albastru poate fi de 100% mai mare dect subpixel verde. Subpixelul
rou poate fi de 10%, mai mic dect verde.Eficiena OLED-urilor
albastre
mbuntirile aduse eficienei i duratei de via a OLED-urile
albastre este vital pentru succesul OLED-urilor ca nlocuitori
pentru tehnologia LCD. S-au facut multe cercetari pentru
dezvoltarea OLED-urilor albastre cu randament ridicat, precum i in
gasirea unui albastru mai profund. Valori ale randamentului de 20%
i 19% au fost raportate pentru rou (625 nm) i, respectiv, verde
(530 de nm). Cu toate acestea, diodele albastre (430 nm) au fost
capabile s realizeze randamente n intervalul de 4% la 6%.
Deteriorrile cauzate de apApa poate deteriora imediat
materialele organice ale afiajelor. Prin urmare, procesele de
etanare sunt importante pentru fabricarea practic. Deteriorrile
cauzate de ap n special pot limita longevitatea afiajelor mai
flexibile.Performan n aer liberFiind o tehnologie cu afisaje
emisive, OLED-urile se bazeaz n totalitate pe conversia energiei
electrice in lumin, spre deosebire de cele mai multe LCD-uri, care
sunt ntr-o anumit msur reflectorizante. E-readerele sunt cele mai
eficiente in acest domeniu, cu ~ 33% din lumina ambientala
reflectata, permind afiarea fr nici o surs de lumin intern. Catodul
metalic ntr-un OLED acioneaz ca o oglind, cu un grad de reflexie ce
se apropie de 80%, ceea ce duce la lizibilitatea buna in lumina
ambientala stralucitoare, cum ar fi n aer liber. Cu toate acestea,
cu aplicarea corespunztoare a unui polarizor circular i acoperiri
antireflexie, reflexia difuz poate fi redus la mai puin de 0,1%. Cu
10.000 cd iluminare incidenta (condiie tipic pentru simularea
iluminarii exterioare), care produce un contrast fotopic de
aproximativ 5: 1Progrese recente n domeniul tehnologiilor OLED, cu
toate acestea, permit OLED-urilor s devin de fapt mai bune dect
LCD-urile din lumina puternic a soarelui. Afiajul Super AMOLED n
Galaxy S5, de exemplu, a reusit sa depaseasca toate ecranele LCD de
pe pia n termeni de luminozitate i reflexie.
Consumul de energien timp ce un OLED va consuma aproximativ 40%
din puterea unui LCD ce afieaz o imagine intunecata, pentru
majoritatea imaginilor se va consuma 60-80% din puterea unui LCD.
Cu toate acestea, un OLED poate folosi de trei ori mai mult putere
pentru a afia o imagine cu un fundal alb, cum ar fi un site web sau
un document. Acest lucru poate duce la reducerea duratei de viata a
bateriei in aparatele portabile, atunci cand exista fundaluri
luminoase.AplicatiiTehnologia OLED este folosit n aplicatii
comerciale, cum ar fi display-uri pentru telefoane mobile, media
playere digitale si camere digitale, printre altele. Aceste aparate
profita de lizibilitatea mare a OLED-urilor in lumina puternica si
de consumul energetic mic al acestora. Afieaz portabile sunt de
asemenea folosite intermitent, astfel durata de viata mai mica de
display-uri organice este mai puin de o problem. De asemenea,
folosind proprietati spectiale ale OLED-urilor, in special ale
PHOLED-urilor, au fost create afisaje flexibile. In momentul de
fata, majoritatea jucatorilor mari de pe piata telefoanelor mobile
folosesc ecrane OLED (AMOLED, SuperAMOLED, etc) pentru aparatele
lorModaTextile ce ncorporeaz OLED-urile sunt o inovaie n lumea
modei i reprezint o modalitate de a integra ilumina pentru a aduce
obiecte inerte a viata. Speranta este de a combina confortul i
pretul mic al produselor textile cu proprietatile luminiscente si
consumul energetic redus al OLED-urilor. Dei acest scenariu de
mbrcminte iluminat este foarte plauzibil, exista destule piedici
precum durata mica de via a OLED si rigiditatea subtraturilor
foliilor flexibile.
Aplicaii SamsungCel mai puternic jucator pe piata OLED-urilor
este, in momentul de fata, conglomeratul sud-corean Samsung.
Multinationala a fost cel mai mare producator OLED din lume (40%
din produsele OLED vandute erau Samsung in 2004), iar in 2010
reprezenta 98% din piata produselor AMOLED, acestia avand de
asemenea mii de brevete de tehnologie in domeniul OLED/AMOLED.
Pentru crearea celui mai subtire display OLED din lume (