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 (