Organiczne diody elektroluminescencyjne: 11 faktów, które powinieneś wiedzieć

by

Spis treści

Co to jest OLED? | Co oznacza led?

OLED to skrót od Organic Light-Emitting Diodes. Jest to po prostu rodzaj diody elektroluminescencyjnej lub diody LED, która ma emisyjną warstwę elektroluminescencyjną, która działa jak warstwa związków organicznych i jest odpowiedzialna za emitowanie światła, gdy przyłożony jest prąd elektryczny. Obecnie organiczne diody LED są szeroko stosowane do opracowywania wyświetlaczy cyfrowych w kilku urządzeniach, takich jak telewizor, monitory, telefony, przenośne podręczne urządzenia do gier, smartwatche itp. Organiczne diody elektroluminescencyjne są również stosowane w półprzewodnikowych urządzeniach oświetleniowych.

organiczna dioda led lub oled
Organiczna dioda elektroluminescencyjna lub telewizor OLED. Źródło obrazu: Steve Liao - https://www.flickr.com/photos/steveliao/2089119570/
Połączenia Sony XEL-1 telewizja, pierwsza OLED TV (wprowadzony na rynek w latach 2007–2010).
CC BY-SA 2.0

Jak zbudowane są diody OLED?

Ogólna organiczna dioda elektroluminescencyjna składa się z arkusza materiałów organicznych osadzonych na podłożu, które umieszcza się pomiędzy katodą a anodą. Delokalizacja elektronów pi w wyniku koniugacji na części całej cząsteczki, w wyniku czego cząsteczki organiczne stają się przewodzące elektrycznie. Materiały te zachowują się jak półprzewodniki organiczne, ponieważ ich przewodność zwykle mieści się pomiędzy przewodnictwem izolatorów i przewodników. W tych materiałach rolę pasm walencyjnych i przewodzących półprzewodników nieorganicznych pełnią najniższe niezajęte i najwyżej zajęte orbitale molekularne (LUMO i HOMO).

Początkowo polimerowe organiczne diody elektroluminescencyjne miały pojedynczą warstwę organiczną. Jednak obecnie można opracować wielowarstwowe organiczne diody LED mające dwie lub więcej warstw w celu poprawy skuteczności urządzenia. Wraz z liczbą warstw istotny dla końcowego funkcjonowania urządzenia jest również rodzaj materiału, z którego zostanie wykonany wspomaganie wtrysku ładunku w elektrodach.

Przewodząca właściwość użytego materiału decyduje o tym, czy wystąpiłby bardziej stopniowy przepływ elektroniczny, czy też zablokowanie ładunku lub opór przed przemieszczeniem się do przeciwnej elektrody i niewykorzystaniem. Substancja jest wybierana w zależności od właściwości materiału, takich jak przewodnictwo elektryczne, przezroczystość optyczna i stabilność chemiczna. Obecnie organiczne diody LED mają prostą dwuwarstwową strukturę, która składa się z warstwy emisyjnej i przewodzącej. W oparciu o strukturę chemiczną materiału emiter może być fluorescencyjny lub fosforyzujący.

AMOLED pl.svg
Struktura organicznej diody elektroluminescencyjnej. Źródło obrazu; AMOLED.png: www.universaldisplay.com prace pochodne: Pedro Spoladore (mówić), AMOLED-pl, CC BY-SA 3.0

Jak działa organiczna dioda elektroluminescencyjna?

Gdy operacja się rozpoczyna, na organicznej diodzie elektroluminescencyjnej przykładana jest różnica potencjałów. Anoda jest utrzymywana na wyższym potencjale w stosunku do katody. Materiał anody jest oparty na właściwościach materiału, takich jak przewodność elektryczna, przezroczystość optyczna i stabilność chemiczna. Najniższy niezajęty orbital molekularny warstwy organicznej (na katodzie) przyjmuje wstrzyknięte elektrony, a najwyżej zajęty orbital molekularny (na anodzie) wycofuje elektrony lub innymi słowy wprowadza pary elektron-dziura. W organicznych półprzewodnikach dziury są stosunkowo bardziej ruchliwe niż elektrony. Dlatego rekombinacja elektronów i dziur w ekscyton zachodzi bliżej warstwy emisyjnej.

Powoduje to zanik stanu wzbudzonego, co prowadzi do emisji promieniowania o długości fali w zakresie widzialnym. Dokładną długość fali lub częstotliwość emitowanego promieniowania określa pasmo wzbronione materiału, tj. Różnica poziomów energii HOMO i LUMO. W przypadku emiterów fosforyzujących ekscytony (singlety i tryplety) rozpadają się radiacyjnie. Jednak w przypadku emiterów fluorescencyjnych trojaczki nie emitują żadnego światła. Te emitery fluorescencyjne mają maksymalną wewnętrzną wydajność tylko 25%. Jednak emitery fosforescencyjne (szczególnie o krótkiej długości fali {niebieski}) mają niższą żywotność w porównaniu z emiterami fluorescencyjnymi.

Wytworzone fermiony z dziurami elektronowymi mają spin półcałkowity. Ekscytony mogą istnieć w stanach singletowych lub tripletowych w oparciu o kombinację różnych spinów elektronów i dziur. Dla każdego ekscytonu singletowego powstają trzy ekscytony trypletowe. Zanik stanu trypletowego (przeważający w fosforyzacji) zabrania spinu, a zatem wydłuża czas przejścia. Fosforyzujące organiczne diody elektroluminescencyjne ułatwiają krzyżowanie międzysystemowe zarówno ze stanów trypletowych, jak i singletowych dzięki zastosowaniu oddziaływań spin-orbita. Poprawia to wydajność wewnętrzną. Obecnie organiczne diody elektroluminescencyjne są szeroko stosowane do opracowywania wyświetlaczy cyfrowych w kilku urządzeniach, takich jak telewizor, monitory, telefony, przenośne podręczne urządzenia do gier, smartwatche itp. Organiczne diody elektroluminescencyjne są również wbudowane w półprzewodnikowe urządzenia oświetleniowe.

Schemat OLED.svg
Schemat organicznej diody elektroluminescencyjnej - 1. Katoda, 2. Warstwa emisyjna, 3. Emisja promieniowania, 4. Emisja promieniowania. Warstwa przewodząca, 5. Anoda Źródło obrazu: Organiczna dioda elektroluminescencyjna Rafał Konieczny, Schemat OLED, CC BY-SA 3.0

Jakie jest widmo emisyjne diod OLED?

Długość emitowanego promieniowania zależy od rodzaju użytego materiału i liczby warstw materiału. Energia promieniowania jest równa pasmowi zabronionemu materiału, czyli różnicy poziomów energii HOMO i LUMO. Ostateczna lub całkowita emisja organicznej diody elektroluminescencyjnej może być wirtualnie dostrojona do reprezentowania dowolnego koloru, w tym białego i czarnego. Temperaturę barwową można również zmieniać, łącząc wiele różnych kombinacji warstw w jednym urządzeniu. Warstwy organiczne są zazwyczaj przezroczyste w widzialnym zakresie widmowym. Generalnie, aby uzyskać optymalne wyniki kombinacji kolorów, organiczne diody elektroluminescencyjne są wyposażone w trzy różne warstwy kolorów, a mianowicie - RGB (czerwony, zielony i niebieski).

Co to są odwrócone diody OLED?

W przypadku odwróconych organicznych diod elektroluminescencyjnych anoda jest umieszczona na podłożu, co jest sprzeczne z konwencjonalną strukturą organicznych diod LED. W odwróconej organicznej diodzie elektroluminescencyjnej katoda jest połączona z końcem drenującym kanału n. Służy do opracowywania urządzeń z wyświetlaczami AMOLED.

Organiczne diody elektroluminescencyjne
Telefony AMOLED. Organiczna dioda elektroluminescencyjna Źródło obrazu: Samsung Galaxy Note 10, Wyświetlacze OLED, CC BY-SA 4.0

Co to są diody OLED z heterozłączami stopniowanymi?

W przypadku stopniowanych heterozłączowych organicznych diod elektroluminescencyjnych następuje stopniowa redukcja frakcji dziur elektronowych do chemikaliów transportujących elektrony. Ma to na celu osiągnięcie prawie 200% większej wydajności kwantowej niż w przypadku konwencjonalnej struktury organicznej diody elektroluminescencyjnej.

Co to są skumulowane diody OLED?

W przypadku ułożonych w stos organicznych diod elektroluminescencyjnych, zastosowana architektura pikseli, rozmieszcza czerwone, zielone i niebieskie subpiksele pionowo jeden na drugim, a nie poziomo obok siebie. Prowadzi to do znacznego zwiększenia głębi kolorów, gamy i znacznego zmniejszenia odstępu między pikselami. Inne metody wyświetlania generalnie wykorzystują układ obok siebie, zmniejszając potencjalną rozdzielczość.

Jakie są parametry techniczne konwencjonalnego OLED?

Charakterystyka organicznej diody elektroluminescencyjnej

Poniżej przedstawiono charakterystykę techniczną konwencjonalnej organicznej diody elektroluminescencyjnej:

Efektywność energetyczna 180 lm/Wt Efektywność prądowa40 cd/AWewnętrzna kwantowa Sprawność (wyjście/foton)100%Zewnętrzna sprawność kwantowa (podświetlony foton/uformowany foton)40%Napięcie robocze5–8 VNapięcie włączenia3–9 VKąt widzenia180°Jasność1000 cd/m2Kontrast100:1Czas życia6–11 latZakres temperatur-40…+50°C

Jakie są zalety diod OLED?

Zalety OLED

  1. Organiczne diody elektroluminescencyjne są substancjami ulegającymi biodegradacji.
  2. Organiczne diody elektroluminescencyjne są stosunkowo lżejsze, cieńsze i bardziej elastyczne niż warstwy krystaliczne w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych lub diodach elektroluminescencyjnych.
  3. Organiczne diody elektroluminescencyjne są bardzo elastyczne i dlatego można je łatwo złożyć i zwinąć w razie potrzeby w wyświetlaczy zwijanych umieszczanych obecnie w niektórych tkaninach. Powodem tego jest fakt, że podłoże stosowane w organicznych diodach LED jest wykonane z polimeru, a nie ze szkła używanego do diod LED lub LCD.
  4. Organiczne diody elektroluminescencyjne są stosunkowo jaśniejsze niż zwykłe diody elektroluminescencyjne. Sztuczny współczynnik kontrastu organicznych diod LED jest wyższy. Wynika to z faktu, że organiczne warstwy organicznych diod LED są znacznie węższe niż analogiczne nieorganiczne warstwy krystaliczne diody LED. Co więcej, przewodzące i emitujące warstwy organiczne diody LED nie zawierają szkła (które pochłania część światła) i mogą mieć wielowarstwową konstrukcję.
  5. W przeciwieństwie do LCD, konfiguracja organicznej diody elektroluminescencyjnej nie wymaga podświetlenia. Pomaga to w zmniejszeniu zużycia energii lub mocy przez organiczne urządzenie LED. Wyświetlacze LCD wymagają oświetlenia, aby pomóc w tworzeniu widzialnego obrazu, co wymaga więcej energii, podczas gdy diody OLED są w stanie generować własne światło.
  6. Proces produkcji organicznej diody elektroluminescencyjnej jest łatwiejszy i można go przetwarzać na duże cienkie arkusze. Dla porównania, wytworzenie tak dużej liczby warstw ciekłego kryształu jest o wiele trudniejsze.
  7. Organiczne diody elektroluminescencyjne zapewniają szerszy kąt widzenia w porównaniu z wyświetlaczami LCD. Dzieje się tak, ponieważ organiczny piksel LED emituje światło bezpośrednio. Kolory pikseli organicznej diody LED nie są przesuwane wraz ze zmianą kąta obserwacji z normalnego do prostego.
  8. Organiczna dioda elektroluminescencyjna ma szybszy czas reakcji w porównaniu z wyświetlaczem LCD.

Organiczny piksel LED

Organiczny piksel LED emituje światło bezpośrednio, a kolory pikseli organicznej diody LED nie są przesuwane wraz ze zmianą kąta obserwacji z normalnego do prostego. Organiczne diody elektroluminescencyjne zapewniają szerszy kąt widzenia w porównaniu z wyświetlaczami LCD.

Największa na świecie tablica oledów. 2850 LG OLED light .jpg
Największy na świecie organiczny układ diod elektroluminescencyjnych. Źródło obrazu: organiczna dioda LED Sebastian Jurkowski, Największa na świecie tablica oledów. 2850 LG OLED light , CC BY-SA 4.0

Jakie są wady OLED?

Wady stosowania organicznej diody elektroluminescencyjnej to

  1. Żywotność organicznej diody elektroluminescencyjnej jest niższa niż w przypadku wyświetlacza LCD. Zielone i czerwone organiczne folie LED mają dłuższą żywotność od około 46,000 230,000 do 13 14,000 godzin; Jednak niebieskie organiczne diody LED mają znacznie krótszą żywotność, do około XNUMX-XNUMX XNUMX godzin.
  2. Substancje używane do wytwarzania niebieskiego światła w OLED ulegają degradacji szybciej niż substancje wytwarzające inne kolory, co powoduje zmniejszenie ogólnej luminescencji organicznej diody LED.
  3. Organiczne diody elektroluminescencyjne nie powinny mieć kontaktu z wodą, ponieważ prowadzi to do natychmiastowej degradacji.
  4. Organiczna dioda elektroluminescencyjna potrzebuje około trzy razy więcej mocy do wyświetlania obrazu na białym tle. Częste używanie białego tła może prowadzić do skrócenia żywotności baterii w telefonach komórkowych i innych urządzeniach.
  5. Organiczne diody elektroluminescencyjne są drogie. Kosztują około 10 do 20 razy więcej niż podobne wydajne diody LED.
  6. Brakuje szerokiej gamy dostępnych w handlu organicznych diod elektroluminescencyjnych.
  7. Organiczne diody elektroluminescencyjne mają dużą pojemność, która ogranicza pasmo modulacji urządzenia do zakresu około 100 kHz.
  8. Organiczne diody elektroluminescencyjne mają niską wydajność świetlną.

Jakie są różnice między OLED a LED?

Różnice między OLED a diodą LED to:

Organiczna dioda elektroluminescencyjna lub OLEDDioda elektroluminescencyjna lub LED
W przypadku organicznych diod elektroluminescencyjnych elektroluminescencyjna warstwa elektroluminescencyjna składa się ze związków organicznych.W przypadku diod elektroluminescencyjna warstwa emisyjna składa się z substancji nieorganicznych.
W telewizji Organic LED każdy piksel działa indywidualnie.Diody LED nie mogą być prawidłowo używane jako piksele w telewizji ze względu na rozmiar.
Mają niższą wydajność świetlną.Mają wyższą wydajność świetlną.
Mogą być cienkie i małe ze względu na swoją elastyczność.Są stosunkowo mniej elastyczne.
Nie używają podświetlenia, ponieważ mogą wytwarzać własne światło.Nie mogą wytwarzać własnego światła i dlatego używają podświetlenia.
Są drogie.Mają stosunkowo niższe koszty produkcji.
Organiczne diody LED nie wymagają żadnego rodzaju szklanego wspornika.Diody LED wymagają szklanego wspornika.
Zapewniają szerszy kąt widzenia.Mają stosunkowo niższy zakres kątowy.

Aby dowiedzieć się więcej o półprzewodnikowych diodach elektroluminescencyjnych, odwiedź witrynę https://techiescience.com/light-sensors/

Przeczytaj także: