ТЫ

Органический светодиод

Прототип OLED-панели освещения
Тип	ВЕЛ

Органический светоизлучающий диод ( OLED ), также известный как органический электролюминесцентный ( органический EL ) диод . представляет собой тип светоизлучающего диода (LED), в котором излучающий электролюминесцентный слой представляет собой пленку из органического соединения , излучающую свет в ответ на электрический ток. Этот органический слой расположен между двумя электродами ; обычно по крайней мере один из этих электродов является прозрачным. OLED используются для создания цифровых дисплеев в таких устройствах, как телевизионные экраны, компьютерные мониторы и портативные системы, такие как смартфоны и портативные игровые консоли . Основной областью исследований является разработка белых OLED-устройств для использования в полупроводниковых осветительных устройствах.

Существует два основных семейства OLED: основанные на малых молекулах и использующие полимеры . Добавление мобильных ионов в OLED создает светоизлучающую электрохимическую ячейку (LEC), которая имеет немного другой режим работы. OLED-дисплей может управляться схемой управления с пассивной матрицей (PMOLED) или активной матрицей ( AMOLED ). В схеме PMOLED каждая строка и строка дисплея управляются последовательно, одна за другой. тогда как управление AMOLED использует объединительную плату тонкопленочных транзисторов (TFT) для прямого доступа и включения или выключения каждого отдельного пикселя, что обеспечивает более высокое разрешение и большие размеры дисплея.

OLED принципиально отличаются от светодиодов , в основе которых лежит структура pn-диода . В светодиодах легирование используется для создания p- и n-областей путем изменения проводимости основного полупроводника . В OLED не используется структура pn. Легирование органических светодиодов используется для повышения эффективности излучения путем прямой модификации скорости квантово-механической оптической рекомбинации. Легирование дополнительно используется для определения длины волны излучения фотонов.

OLED-дисплей работает без подсветки , поскольку излучает собственный видимый свет . Таким образом, он может отображать глубокие уровни черного и может быть тоньше и легче жидкокристаллического дисплея (ЖК-дисплея). В условиях низкой освещенности (например, в темной комнате) OLED-экран может обеспечить более высокий коэффициент контрастности , чем ЖК-дисплей, независимо от того, используются ли в ЖК-дисплее люминесцентные лампы с холодным катодом или светодиодная подсветка .

OLED-дисплеи изготавливаются аналогично ЖК-дисплеям, включая изготовление нескольких дисплеев на материнской подложке, которая позже утончается и разрезается на несколько дисплеев. Подложки для OLED-дисплеев имеют те же размеры, что и те, которые используются для производства ЖК-дисплеев. При производстве OLED после формирования TFT (для дисплеев с активной матрицей), адресных сеток (для дисплеев с пассивной матрицей) или сегментов оксида индия и олова (ITO) (для сегментных дисплеев) на дисплей наносится покрытие с инжекцией отверстий, транспортировкой и блокировкой. снова можно применять ITO или металл слоями, а также электролюминесцентным материалом после первых двух слоев, после чего в качестве катода . Позже весь пакет материалов инкапсулируется. или соединены с ним Слой TFT, адресная сетка или сегменты ITO служат анодом , который может быть изготовлен из ITO или металла. OLED можно сделать гибкими и прозрачными: прозрачные дисплеи используются в смартфонах, оптические сканеры отпечатков пальцев, а гибкие дисплеи используются в складных смартфонах .

История

Андре Бернаноз и его коллеги из Университета Нанси во Франции сделали первые наблюдения электролюминесценции в органических материалах в начале 1950-х годов. Они применили высокое переменное напряжение на воздухе к таким материалам, как краситель акридиновый оранжевый , нанесенный или растворенный в целлюлозы или целлофана тонких пленках . Предложенный механизм заключался либо в прямом возбуждении молекул красителя, либо в возбуждении электронов .

В 1960 году Мартин Поуп и некоторые из его коллег из Нью-Йоркского университета в США разработали омические темные электродные контакты с органическими кристаллами. Далее они описали необходимые энергетические требования ( работы выхода ) для контактов электродов, инжектирующих дырки и электроны. Эти контакты являются основой инжекции заряда во всех современных OLED-устройствах. Группа Поупа также впервые наблюдала электролюминесценцию постоянного тока (DC) в вакууме на одном чистом кристалле антрацена и на кристаллах антрацена, легированных тетраценом, в 1963 году. с помощью серебряного электрода небольшой площади при напряжении 400 Вольт . Предложенный механизм заключался в ускоренном полем электронном возбуждении молекулярной флуоресценции.

Группа Поупа сообщила в 1965 году что в отсутствие внешнего электрического поля электролюминесценция в кристаллах антрацена обусловлена ​​рекомбинацией термализованных электрона и дырки и что проводящий уровень антрацена имеет большую энергию, чем энергетический уровень экситона . Также в 1965 году Вольфганг Хелфрих и В.Г. Шнайдер из Национального исследовательского совета Канады впервые произвели рекомбинационную электролюминесценцию с двойной инжекцией в монокристалле антрацена, используя электроды, инжектирующие дырки и электроны. предшественник современных устройств двойного впрыска. В том же году исследователи Dow Chemical запатентовали метод изготовления электролюминесцентных ячеек с использованием высоковольтных (500–1500 В) переменного тока (100–3000   Гц) электрически изолированных слоев расплавленного люминофора толщиной один миллиметр, состоящих из измельченного антраценового порошка. тетрацен и графитовый порошок. Предложенный ими механизм включал электронное возбуждение на контактах между частицами графита и молекулами антрацена.

Первый полимерный светодиод (PLED) был создан Роджером Партриджем в Национальной физической лаборатории Соединенного Королевства. В нем использовалась пленка поли( N-винилкарбазола ) толщиной до 2,2 микрометра, расположенная между двумя инжектирующими заряд электродами. Генерируемый свет был хорошо виден в нормальных условиях освещения, хотя используемый полимер имел два ограничения; низкая проводимость и трудность инжекции электронов. Более поздняя разработка сопряженных полимеров позволит другим в значительной степени устранить эти проблемы. Его вклад часто упускался из виду из-за секретности NPL, наложенной на проект. Когда он был запатентован в 1974 году ему было присвоено намеренно неясное «объемлющее» название, в то время как правительственный департамент промышленности безуспешно пытался найти промышленных партнеров для финансирования дальнейшего развития. В результате публикация была отложена до 1983 года.

Практичные OLED

Химики Чинг Ван Тан и Стивен Ван Слайк из Eastman Kodak создали первое практическое OLED-устройство в 1987 году. В этом устройстве использовалась двухслойная структура с отдельными слоями, транспортирующими дырки, и слоями, транспортирующими электроны, так что рекомбинация и излучение света происходили в середине органического слоя; это привело к снижению рабочего напряжения и повышению эффективности.

Исследования электролюминесценции полимеров достигли кульминации в 1990 году, когда Дж. Х. Берроуз в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета , Великобритания, сообщил о высокоэффективном устройстве на основе полимера, излучающем зеленый свет, с использованием   пленок поли(п-фениленвинилена) толщиной 100 нм . Переход от молекулярных к макромолекулярным материалам решил ранее возникшие проблемы с долгосрочной стабильностью органических пленок и позволил легко создавать высококачественные пленки. Последующие исследования позволили разработать многослойные полимеры, и новая область исследований в области пластиковой электроники и OLED, а также производство устройств быстро росли. Белые OLED, впервые предложенные Дж. Кидо и др. в Университете Ямагата , Япония, в 1995 году добился коммерциализации дисплеев и освещения с OLED-подсветкой.

В 1999 году Kodak и Sanyo заключили партнерство для совместных исследований, разработки и производства OLED-дисплеев. В сентябре того же года они анонсировали первый в мире 2,4-дюймовый полноцветный OLED-дисплей с активной матрицей. В сентябре 2002 года на выставке CEATEC Japan они представили прототип 15-дюймового дисплея формата HDTV на основе белых OLED-дисплеев с цветными фильтрами.

Производство низкомолекулярных OLED было начато в 1997 году корпорацией Pioneer , за ней последовали TDK в 2001 году и Samsung — NEC Mobile Display (SNMD), которая позже стала одним из крупнейших в мире производителей OLED-дисплеев — Samsung Display, в 2002 году.

Sony XEL-1 , выпущенный в 2007 году, стал первым OLED-телевизором. Universal Display Corporation , одна из компаний-производителей материалов OLED, владеет рядом патентов, касающихся коммерциализации OLED, которые используются крупнейшими производителями OLED по всему миру.

5 декабря 2017 года компания JOLED , преемница бизнес-подразделений Sony и Panasonic , занимающихся печатью OLED, начала первую в мире коммерческую поставку OLED-панелей, напечатанных на струйной печати.

Принцип работы

Схема двухслойного OLED: 1. Катод (-), 2. Эмиссионный слой, 3. Эмиссия излучения, 4. Проводящий слой, 5. Анод (+)

Типичный OLED состоит из слоя органических материалов, расположенных между двумя электродами, анодом и катодом , нанесенными на подложку . Органические молекулы электропроводны в результате делокализации пи -электронов, вызванной сопряжением части или всей молекулы. Эти материалы имеют уровни проводимости от изоляторов до проводников и поэтому считаются органическими полупроводниками . Высшие занятые и нижние незанятые молекулярные орбитали ( ВЗМО и НСМО ) органических полупроводников аналогичны валентной зоне и зоне проводимости неорганических полупроводников.

Первоначально самые простые полимерные OLED состояли из одного органического слоя. Одним из примеров было первое светоизлучающее устройство, синтезированное Дж. Х. Берроузом и др. , который включал один слой поли(п-фениленвинилена) . Однако многослойные OLED могут быть изготовлены с двумя или более слоями, чтобы повысить эффективность устройства. Помимо проводящих свойств, могут быть выбраны различные материалы, способствующие инжекции заряда на электроды, обеспечивая более плавный электронный профиль. или не дать заряду достичь противоположного электрода и потеряться впустую. Многие современные OLED имеют простую двухслойную структуру, состоящую из проводящего и излучающего слоев. Развитие архитектуры OLED в 2011 году повысило квантовую эффективность (до 19%) за счет использования градуированного гетероперехода. В архитектуре градуированного гетероперехода состав дырочных и электронно-транспортных материалов непрерывно меняется внутри эмиссионного слоя с легирующим эмиттером. Архитектура градуированного гетероперехода сочетает в себе преимущества обеих традиционных архитектур за счет улучшения инжекции заряда и одновременного балансирования переноса заряда в эмиссионной области.

Во время работы на OLED подается напряжение, так что анод является положительным по отношению к катоду. Аноды выбираются на основе качества их оптической прозрачности, электропроводности и химической стабильности. Ток электронов протекает через устройство от катода к аноду, поскольку электроны вводятся в НСМО органического слоя на катоде и выводятся из ВЗМО на аноде. Этот последний процесс можно также описать как инжекцию электронных дырок в ВЗМО. Электростатические силы сближают электроны и дырки друг с другом, и они рекомбинируют, образуя экситон — связанное состояние электрона и дырки. Это происходит ближе к части слоя переноса электронов эмиссионного слоя, поскольку в органических полупроводниках дырки обычно более подвижны , чем электроны. Распад этого возбужденного состояния приводит к релаксации энергетических уровней электрона, сопровождающейся испусканием излучения которого , частота находится в видимой области . Частота этого излучения зависит от ширины запрещенной зоны материала, в данном случае от разницы в энергии между ВЗМО и НСМО.

Поскольку электроны и дырки являются фермионами с полуцелым спином , экситон может находиться либо в синглетном , либо в триплетном состоянии в зависимости от того, как спины электрона и дырки объединены. Статистически на каждый синглетный экситон будет образовываться три триплетных экситона. Распад из триплетных состояний ( фосфоресценция ) запрещен по спину, что увеличивает временной масштаб перехода и ограничивает внутреннюю эффективность флуоресцентных устройств. Фосфоресцентные органические светодиоды используют спин-орбитальные взаимодействия для облегчения межкомбинационного перехода между синглетными и триплетными состояниями, таким образом получая излучение как из синглетных, так и из триплетных состояний и улучшая внутреннюю эффективность.

Оксид индия и олова (ITO) обычно используется в качестве анодного материала. Он прозрачен для видимого света и обладает высокой работой выхода , что способствует внедрению дырок на уровень ВЗМО органического слоя. Обычно добавляется второй проводящий (инжекционный) слой, который может состоять из PEDOT:PSS . поскольку уровень ВЗМО этого материала обычно находится между работой выхода ITO и ВЗМО других обычно используемых полимеров, что снижает энергетические барьеры для инжекции дырок. такие металлы, как барий и кальций, В качестве катода часто используются поскольку они имеют низкую работу выхода , которая способствует инжекции электронов в НСМО органического слоя. им требуется защитный слой алюминия Такие металлы химически активны, поэтому для предотвращения деградации . Два дополнительных преимущества алюминиевого закрывающего слоя включают устойчивость к электрическим контактам и обратное отражение излучаемого света на прозрачный слой ITO.

Экспериментальные исследования доказали, что свойства анода, в частности топография интерфейса анод/дырочный транспортный слой (HTL), играют важную роль в эффективности, производительности и сроке службы органических светодиодов. Несовершенства поверхности анода уменьшают адгезию поверхности раздела анод-органическая пленка, увеличивают электрическое сопротивление и способствуют более частому образованию неэмиссионных темных пятен в материале OLED, что отрицательно влияет на срок службы. Механизмы уменьшения шероховатости анода для подложек ITO/стекла включают использование тонких пленок и самоорганизующихся монослоев. Кроме того, рассматриваются альтернативные подложки и анодные материалы для увеличения производительности и срока службы OLED. Возможные примеры включают подложки из монокристаллического сапфира, обработанные пленочными анодами из золота (Au), что обеспечивает более низкую работу выхода, рабочее напряжение, значения электрического сопротивления и увеличение срока службы органических светодиодов.

Устройства с одним носителем обычно используются для изучения кинетики и механизмов переноса заряда органического материала и могут быть полезны при изучении процессов передачи энергии. Поскольку ток через устройство состоит только из одного типа носителей заряда: электронов или дырок, рекомбинация не происходит и свет не излучается. Например, устройства, состоящие только из электронов, можно получить, заменив ITO металлом с более низкой работой выхода, что увеличивает энергетический барьер инжекции дырок. Точно так же устройства, состоящие только из дырок, могут быть изготовлены с использованием катода, сделанного исключительно из алюминия, что приводит к слишком большому энергетическому барьеру для эффективной инжекции электронов.

Баланс оператора

Сбалансированная инжекция и передача заряда необходимы для достижения высокой внутренней эффективности, чистого излучения слоя яркости без загрязненного излучения от слоев, переносящих заряд, и высокой стабильности. Распространенным способом балансировки заряда является оптимизация толщины слоев, переносящих заряд, но его трудно контролировать. Другой способ – использование эксиплекса. Эксиплекс образуется между боковыми цепями, переносящими дырки (p-тип) и переносящими электроны (n-тип), для локализации электронно-дырочных пар. Затем энергия передается люминофору и обеспечивает высокую эффективность. Примером использования эксиплекса является прививка боковых звеньев оксадиазола и карбазола в основную цепь сополимера, легированного дикетопиролпирролом, демонстрирующую улучшенную внешнюю квантовую эффективность и чистоту цвета в неоптимизированном OLED.

Технологии материалов

Малые молекулы

Алк ₃ , обычно используется в низкомолекулярных OLED

Органические низкомолекулярные электролюминесцентные материалы обладают преимуществами широкого разнообразия, простоты очистки и сильных химических модификаций. Чтобы люминесцентные материалы излучали свет по мере необходимости, в конструкцию молекулярной структуры обычно вводят некоторые хромофоры или ненасыщенные группы, такие как алкеновые связи и бензольные кольца, чтобы изменить размер области сопряжения материала, чтобы фотофизические свойства меняются свойства материала. В общем, чем больше диапазон системы сопряжения π-электронов, тем длиннее длина волны света, излучаемого материалом. Например, с увеличением числа бензольных колец пик флуоресценции бензола , нафталина , антрацена , а бутил постепенно сместился в красную сторону от 283 нм до 480 нм. Обычные органические низкомолекулярные электролюминесцентные материалы включают комплексы алюминия, антрацены , производные бифенилацетилена, производные кумарина, и различные флуорохромы. Эффективные ОСИД с использованием малых молекул были впервые разработаны Чингом В. Тангом и др. в компании Eastman Kodak . Термин OLED традиционно относится именно к этому типу устройств, хотя также используется термин SM-OLED.

Молекулы, обычно используемые в органических светодиодах, включают металлоорганические хелаты (например, Alq ₃ , используемый в органическом светоизлучающем устройстве, о котором сообщили Тан и др. ), флуоресцентные и фосфоресцентные красители и конъюгированные дендримеры . Ряд материалов используется из-за их свойств переноса заряда, например, трифениламин и его производные обычно используются в качестве материалов для слоев переноса дырок. такие соединения, как перилен , рубрен и производные хинакридона . Флуоресцентные красители могут быть выбраны для получения светового излучения на разных длинах волн, и часто используются Alq ₃ использовался в качестве зеленого эмиттера, материала для переноса электронов и в качестве носителя для красителей, излучающих желтый и красный свет.

Из-за структурной гибкости низкомолекулярных электролюминесцентных материалов тонкие пленки можно получить методом вакуумного осаждения из паровой фазы, что является более дорогим и ограниченно применимым для устройств большой площади. Однако система вакуумного покрытия может выполнить весь процесс от выращивания пленки до подготовки OLED-устройств в контролируемой и полной рабочей среде, помогая получать однородные и стабильные пленки, обеспечивая тем самым окончательное изготовление высокопроизводительных OLED-устройств. Молекулярные органические красители склонны к тушению флуоресценции. в твердом состоянии, что приводит к снижению эффективности люминесценции. Легированные OLED-устройства также склонны к кристаллизации, что снижает люминесценцию и эффективность устройств. Поэтому разработка устройств на основе низкомолекулярных электролюминесцентных материалов ограничена высокой стоимостью производства, плохой стабильностью, малым сроком службы и другими недостатками. Продемонстрировано когерентное излучение лазерного тандемного устройства SM-OLED, легированного красителями, возбуждаемого в импульсном режиме. Излучение практически дифракционно ограничено, его спектральная ширина аналогична широкополосной лазерам на красителях.

Исследователи сообщают о люминесценции одной молекулы полимера, представляющей собой наименьшее из возможных устройств на органических светоизлучающих диодах (OLED). Ученые смогут оптимизировать вещества для производства более мощного светового излучения. Наконец, эта работа является первым шагом на пути к созданию компонентов размером с молекулу, сочетающих в себе электронные и оптические свойства. Подобные компоненты могут составить основу молекулярного компьютера.

Полимерные светодиоды

поли( п -фениленвинилен) , используемый в первом PLED

Полимерные светодиоды (PLED, P-OLED), также светоизлучающие полимеры (LEP), включают в себя электролюминесцентный проводящий полимер , который излучает свет при подключении к внешнему напряжению. Они используются в качестве тонкой пленки для полного спектра цветных дисплеев . Полимерные OLED весьма эффективны и требуют относительно небольшого количества энергии для производимого количества света.

Вакуумное осаждение не является подходящим методом формирования тонких пленок полимеров. Если полимерные пленки OLED изготавливаются методом вакуумного осаждения из паровой фазы, элементы цепочки будут обрезаны, а исходные фотофизические свойства будут нарушены. Однако полимеры можно перерабатывать в растворе, а центрифугирование является распространенным методом нанесения тонких полимерных пленок. Этот метод больше подходит для формирования пленок большой площади, чем термическое испарение. Никакого вакуума не требуется, а излучающие материалы также можно наносить на подложку с помощью технологии, основанной на коммерческой струйной печати. Однако, поскольку нанесение последующих слоев имеет тенденцию растворять уже существующие, формирование многослойных структур с помощью этих методов затруднено. Металлический катод, возможно, все еще придется наносить путем термического испарения в вакууме. Альтернативным методом вакуумного осаждения является нанесение пленки Ленгмюра-Блоджетт .

Типичные полимеры, используемые в дисплеях PLED, включают производные поли( п -фениленвинилена) и полифлуорена . Замена боковых цепей на основную цепь полимера может определять цвет излучаемого света. или стабильность и растворимость полимера для производительности и простоты обработки. Хотя незамещенный поли(п-фениленвинилен) (PPV) обычно нерастворим, ряд PPV и родственных поли(нафталинвинилена) (PNV), которые растворяются в органических растворителях или воде, были получены посредством метатезисной полимеризации с раскрытием кольца . Эти водорастворимые полимеры или сопряженные полиэлектролиты (CPE) также могут использоваться в качестве слоев с инжекцией дырок отдельно или в сочетании с наночастицами, такими как графен.

Фосфоресцирующие материалы

Ir(mppy) ₃ , фосфоресцирующая добавка, излучающая зеленый свет.

Основная статья: Фосфоресцентный органический светодиод

Фосфоресцентные органические светодиоды используют принцип электрофосфоресценции для высокоэффективного преобразования электрической энергии в OLED в свет. при этом внутренняя квантовая эффективность таких устройств приближается к 100%.

такой полимер, как поли( N-винилкарбазол Обычно в качестве материала-хозяина используется металлоорганический комплекс ), к которому в качестве легирующей добавки добавляется . Иридиевые комплексы например Ir(mppy) ₃ по состоянию на 2004 год были в центре внимания исследований, хотя комплексы на основе других тяжелых металлов, таких как платина также использовались.

Атом тяжелого металла в центре этих комплексов демонстрирует сильную спин-орбитальную связь, облегчающую межкомбинационное пересечение синглетных . и триплетных состояний Используя эти фосфоресцирующие материалы, как синглетные, так и триплетные экситоны смогут распадаться радиационно, что повышает внутреннюю квантовую эффективность устройства по сравнению со стандартными OLED, где только синглетные состояния будут способствовать излучению света.

Применение органических светодиодов в твердотельном освещении требует достижения высокой яркости с хорошими координатами CIE (для белого излучения). Использование макромолекулярных частиц, таких как полиэдрические олигомерные силсесквиоксаны (POSS), в сочетании с использованием фосфоресцирующих соединений, таких как Ir, для печатных органических светодиодов, продемонстрировало яркость до 10 000   кд/м. ² .

Архитектуры устройств

Структура

Нижний выброс

а) структуры OLED с нижним излучением и б) с верхним излучением; в, г) Схематические диаграммы на основе органических светодиодов с нижним и верхним излучением с низким и высоким коэффициентом контрастности соответственно.

Органический светодиод с нижним излучением (BE-OLED) — это архитектура, которая использовалась в дисплеях AMOLED на ранних стадиях . Он имел прозрачный анод, изготовленный на стеклянной подложке, и блестящий отражающий катод. Свет излучается со стороны прозрачного анода. Чтобы отразить весь свет в направлении анода, используется относительно толстый металлический катод, например алюминий. высокопрозрачный оксид индия и олова (ITO), позволяющий излучать как можно больше света. В качестве анода типичным выбором был Органические тонкие пленки, включая излучающий слой, который фактически генерирует свет, затем помещаются между анодом ITO и отражающим металлическим катодом. Обратной стороной структуры нижнего излучения является то, что свет должен проходить через схемы управления пикселями, такие как подложка тонкопленочного транзистора (TFT) , а область, из которой может быть извлечен свет, ограничена, и эффективность излучения света снижается.

Топ выбросов

Альтернативная конфигурация – переключение режима излучения. Отражающий анод и прозрачный (или чаще полупрозрачный) катод используются так, что свет излучается со стороны катода, и эта конфигурация называется OLED с верхним излучением (TE-OLED). В отличие от BEOLED, у которых анод изготовлен из прозрачного проводящего ITO, на этот раз катод должен быть прозрачным, а материал ITO не является идеальным выбором для катода из-за проблемы повреждения из-за процесса распыления. Таким образом, тонкая металлическая пленка, такая как чистый Ag и сплав Mg:Ag, используется для полупрозрачного катода из-за их высокого коэффициента пропускания и высокой проводимости . В отличие от нижнего излучения, при верхнем излучении свет извлекается с противоположной стороны без необходимости прохождения через несколько слоев схемы возбуждения. Таким образом, генерируемый свет может быть извлечен более эффективно.

Улучшения

Теория микрополостей

Технология Sony Super Top Emission OLED повышает чистоту цвета излучаемого света.

Когда световые волны встречаются, путешествуя по одной и той же среде, интерференция волн происходит . Это вмешательство может быть конструктивным или деструктивным. Иногда желательно, чтобы несколько волн одной и той же частоты сложились в волну с более высокими амплитудами.

Поскольку в TEOLED оба электрода являются отражающими, внутри диода могут возникать отражения света, вызывающие более сложные помехи, чем в BEOLED. Помимо двухлучевой интерференции существует многорезонансная интерференция между двумя электродами. Поскольку структура TEOLED аналогична структуре резонатора Фабри-Перо или лазерного резонатора , который содержит два параллельных зеркала, сравнимых с двумя отражающими электродами), этот эффект особенно силен в TEOLED. Эта двухлучевая интерференция и интерференция Фабри-Перо являются основными факторами, определяющими выходную спектральную интенсивность OLED. Этот оптический эффект называется «эффектом микрополости».

В случае OLED это означает, что полость в TEOLED может быть специально разработана для повышения интенсивности светового потока и чистоты цвета в узком диапазоне длин волн без потребления большего количества энергии. В TEOLED обычно возникает эффект микрополостей, и когда и как ограничить или использовать этот эффект, важно при проектировании устройства. Чтобы соответствовать условиям конструктивной интерференции, наносится слой разной толщины в зависимости от резонансной длины волны конкретного цвета. Условия толщины тщательно разрабатываются и проектируются в соответствии с пиковыми длинами волн резонансного излучения синего (460 нм), зеленого (530 нм) и красного (610 нм) цветных светодиодов. Эта технология значительно повышает эффективность светоизлучения OLED и позволяет достичь более широкой цветовой гаммы благодаря высокой чистоте цвета.

Цветные фильтры

В методе « белый + цветной фильтр » красное, зеленое и синее излучение получаются от одних и тех же светодиодов белого света с использованием разных цветных фильтров. С помощью этого метода материалы OLED излучают белый свет, который затем фильтруется для получения желаемых цветов RGB. Этот метод устранил необходимость нанесения трех различных органических излучающих материалов, поэтому для производства белого света используется только один вид OLED-материала. Это также устранило неравномерную скорость деградации синих пикселей по сравнению с красными и зелеными пикселями. Недостатками этого метода являются низкая чистота цвета и контрастность. Кроме того, фильтры поглощают большую часть излучаемого света, поэтому фоновый белый свет должен быть относительно сильным, чтобы компенсировать падение яркости, и, следовательно, энергопотребление таких дисплеев может быть выше.

Цветные фильтры также могут быть встроены в OLED с нижним и верхним излучением. Добавив соответствующие цветные фильтры RGB после полупрозрачного катода, можно получить еще более чистые длины волн света. Использование микрорезонатора в OLED с верхним излучением с цветными фильтрами также способствует увеличению коэффициента контрастности за счет уменьшения отражения падающего окружающего света. В обычной панели на поверхности панели устанавливался круговой поляризатор. Хотя это было сделано для предотвращения отражения окружающего света, это также снизило светоотдачу. Заменив этот поляризационный слой цветными фильтрами, интенсивность света не пострадает, и практически весь окружающий отраженный свет может быть уменьшен, что обеспечивает лучшую контрастность на панели дисплея. Это потенциально снижает потребность в более ярких пикселях и может снизить энергопотребление.

Другие архитектуры

Прозрачные OLED-дисплеи

В прозрачных OLED-дисплеях используются прозрачные или полупрозрачные контакты на обеих сторонах устройства для создания дисплеев, которые могут излучать как сверху, так и снизу (прозрачно). TOLED могут значительно улучшить контрастность, что значительно облегчает просмотр дисплеев при ярком солнечном свете. Эту технологию можно использовать в проекционных дисплеях , умных окнах или приложениях дополненной реальности .

Градуированный гетеропереход

Органические светодиоды с градуированным гетеропереходом постепенно уменьшают соотношение электронных дырок и химических веществ, переносящих электроны. Это приводит к почти удвоению квантовой эффективности существующих органических светодиодов.

Многоуровневые OLED-дисплеи

В составных OLED-дисплеях используется пиксельная архитектура, в которой красные, зеленые и синие субпиксели располагаются друг над другом, а не рядом друг с другом, что приводит к существенному увеличению гаммы и глубины цвета. и значительно уменьшает разрыв между пикселями. Другие технологии отображения, в которых пиксели RGB (и RGBW) располагаются рядом друг с другом, имеют тенденцию уменьшать потенциальное разрешение.

Инвертированный OLED

В отличие от обычного OLED, в котором анод размещен на подложке, в инвертированном OLED используется нижний катод, который можно подключить к стоковому концу n-канального TFT, особенно для недорогой из аморфного кремния объединительной платы TFT . в производстве AMOLED- дисплеев.

Во всех OLED-дисплеях (с пассивной и активной матрицей) используется микросхема драйвера, часто смонтированная по технологии «чип на стекле» (COG) с анизотропной проводящей пленкой .

Технологии нанесения цветного рисунка

Метод нанесения теневой маски

Наиболее часто используемый метод создания рисунка для органических светоизлучающих дисплеев — это маскирование теней во время осаждения пленки. также называется методом «RGB-бок о бок» или методом «RGB-пикселизации». Металлические листы с множеством отверстий, изготовленные из материала с низким коэффициентом теплового расширения, такого как никелевый сплав, помещаются между нагретым источником испарения и подложкой, так что органический или неорганический материал из источника испарения маскируется или блокируется листом от попадания на поверхность. подложка в большинстве мест, поэтому материалы наносятся только на нужные места на подложке, а остальная часть осаждается и остается на листе. Почти все небольшие OLED-дисплеи для смартфонов изготавливаются с использованием этого метода. тонкие металлические маски (FMM), изготовленные методом фотохимической обработки , напоминающие старые теневые маски В этом процессе используются ЭЛТ. Плотность точек маски будет определять плотность пикселей готового дисплея. Тонкие гибридные маски (FHM) легче, чем FFM, что уменьшает изгиб, вызванный собственным весом маски, и изготавливаются с использованием процесса гальванопластики. Этот метод требует нагрева электролюминесцентных материалов при температуре 300 °С термическим методом в высоком вакууме 10 град. ⁻⁵  Па. Кислородомер гарантирует, что кислород не попадет в камеру, поскольку он может повредить (в результате окисления) электролюминесцентный материал, который находится в форме порошка. Перед каждым использованием маску выравнивают по материнской подложке и помещают непосредственно под подложку. Подложка и маска в сборе размещаются в верхней части камеры осаждения. После этого наносится электродный слой, подвергая порошки серебра и алюминия воздействию температуры 1000 °C с помощью электронного луча. Теневые маски обеспечивают высокую плотность пикселей до 2250 точек на дюйм (890 точек/см). Высокая плотность пикселейнеобходимо для гарнитур виртуальной реальности .

Метод белого + цветного фильтра

Хотя метод формирования рисунка теневой маски является зрелой технологией, используемой с самого начала производства OLED, он вызывает множество проблем, таких как образование темных пятен из-за контакта маски с подложкой или смещение рисунка из-за деформации теневой маски. Образование такого дефекта можно считать тривиальным при небольшом размере дисплея, однако оно вызывает серьезные проблемы при изготовлении большого дисплея, что приводит к значительным потерям производительности. Чтобы обойти такие проблемы, в больших телевизорах использовались устройства белого излучения с 4-субпиксельными цветными фильтрами (белый, красный, зеленый и синий). Несмотря на поглощение света цветным фильтром, современные OLED-телевизоры могут очень хорошо воспроизводить цвета, например, 100% NTSC , и при этом потреблять мало энергии. Это достигается за счет использования спектра излучения с высокой чувствительностью человеческого глаза, специальных цветовых фильтров с низким перекрытием спектра и настройки производительности с учетом статистики цвета. Этот подход также называется методом «Цвет по белому».

Другие подходы к созданию цветового рисунка

Существуют и другие типы новых технологий формирования рисунка, позволяющие повысить технологичность органических светодиодов.В органических светоизлучающих устройствах с рисунком используется электроактивный слой, активируемый светом или теплом. В этот слой включен латентный материал ( PEDOT-TMA ), который после активации становится высокоэффективным слоем для инжекции дырок. С помощью этого процесса можно изготовить светоизлучающие устройства с произвольным рисунком.

Создание цветного рисунка может быть достигнуто с помощью лазера, например, методом радиационно-сублимационной передачи (RIST).

В органической пароструйной печати (OVJP) используется инертный газ-носитель, такой как аргон или азот , для транспортировки испаренных органических молекул (как при осаждении органических паров). газ выбрасывается через сопло или группу сопел микрометрового Во время перемещения размера, расположенные рядом с подложкой. Это позволяет печатать произвольные многослойные рисунки без использования растворителей.

Подобно осаждению материала струйной печатью , струйное травление (IJE) наносит точное количество растворителя на подложку, предназначенное для избирательного растворения материала подложки и создания структуры или рисунка. Струйное травление полимерных слоев в органических светодиодах можно использовать для повышения общей эффективности вывода сигнала. В OLED свет, излучаемый излучающими слоями OLED, частично передается из устройства и частично задерживается внутри устройства за счет полного внутреннего отражения (TIR). Этот захваченный свет распространяется по волне внутри устройства, пока не достигнет края, где он рассеивается за счет поглощения или излучения. Струйное травление можно использовать для выборочного изменения полимерных слоев OLED-структур, чтобы уменьшить общий TIR и повысить эффективность вывода OLED. По сравнению со слоем непротравленного полимера, слой структурированного полимера в структуре OLED, полученный в процессе IJE, помогает уменьшить TIR устройства OLED. Растворители IJE обычно являются органическими , а не на водной основе из-за их некислотной природы и способности эффективно растворять материалы при температурах ниже точки кипения воды.

Трансферная печать — это новая технология, позволяющая эффективно собирать большое количество параллельных устройств OLED и AMOLED. Он использует преимущества стандартного осаждения металла, фотолитографии и травления для создания меток совмещения, обычно на стекле или других подложках устройств. Тонкие полимерные клеевые слои наносятся для повышения устойчивости к частицам и поверхностным дефектам. Микромасштабные микросхемы наносятся методом трансферной печати на клейкую поверхность, а затем запекаются для полного отверждения клеевых слоев. На подложку наносится дополнительный слой светочувствительного полимера, чтобы учесть топографию печатных микросхем, вновь создавая плоскую поверхность. Фотолитография и травление удаляют некоторые слои полимера, обнажая проводящие площадки на микросхемах. После этого на объединительную плату устройства наносится анодный слой для формирования нижнего электрода. Слои OLED наносятся на анодный слой обычным осаждением из паровой фазы и покрываются проводящим металлическим электродным слоем. По состоянию на 2011 год Трансферная печать позволяла печатать на целевых носителях размером до 500   × 400   мм. Этот предел размера необходимо расширить, чтобы трансферная печать стала обычным процессом изготовления больших OLED/AMOLED-дисплеев.

Были продемонстрированы экспериментальные OLED-дисплеи с использованием традиционных методов фотолитографии вместо FMM, что позволяет использовать подложки больших размеров (поскольку устраняется необходимость в маске, которая должна быть такого же размера, как подложка) и хороший контроль выхода. Visionox объявила об использовании фотолитографии для нанесения излучающих материалов OLED.

Объединительные платы тонкопленочных транзисторов

Для дисплея с высоким разрешением, такого как телевизор, необходима объединительная плата тонкопленочного транзистора (TFT) для правильного управления пикселями. По состоянию на 2019 год низкотемпературный поликристаллический кремний (LTPS)   – TFT широко используется в коммерческих AMOLED дисплеях . LTPS-TFT имеет различные характеристики дисплея, поэтому сообщалось о различных схемах компенсации. Из-за ограничения размера эксимерного лазера, используемого для LTPS, размер AMOLED был ограничен. Сообщается, что для преодоления препятствия, связанного с размером панели, в демонстрациях прототипов больших дисплеев используются объединительные платы из аморфного/микрокристаллического кремния. ) . Также можно использовать объединительную плату из оксида индия-галлия-цинка (IGZO Вместо этого в больших OLED-дисплеях обычно используются TFT-транзисторы AOS (ампорфный оксид-полупроводник), также называемые оксидными TFT. и они обычно основаны на IGZO.

Во многих дисплеях AMOLED используются транзисторы LTPO TFT. Эти транзисторы обеспечивают стабильность при низкой частоте обновления и переменной частоте обновления, что позволяет использовать энергосберегающие дисплеи без визуальных артефактов.

Преимущества

Дополнительная информация: Сравнение ЭЛТ, ЖК, плазменных и OLED-дисплеев.

Другой процесс производства OLED имеет несколько преимуществ по сравнению с плоскими дисплеями, изготовленными с использованием технологии LCD.

Более низкая стоимость в будущем

OLED можно напечатать на любой подходящей подложке с помощью струйного принтера или даже трафаретной печати. теоретически это делает их производство дешевле, чем ЖК или плазменные дисплеи . Однако изготовление подложки OLED по состоянию на 2018 год обходится дороже, чем производство TFT-ЖК-дисплеев. Методы рулонного осаждения органических устройств из паровой фазы действительно позволяют массово производить тысячи устройств в минуту при минимальных затратах; однако этот метод также создает проблемы: устройства с несколькими слоями может быть сложно изготовить из-за совмещения — выравнивания различных напечатанных слоев с необходимой степенью точности.

Легкие и гибкие пластиковые подложки

OLED-дисплеи могут быть изготовлены на гибких пластиковых подложках, что приведет к возможному производству гибких органических светодиодов для других новых применений, таких как свернутые дисплеи, встроенные в ткани или одежду. Если такой субстрат, как полиэтилентерефталат (ПЭТ), могут быть использованы, дисплеи можно производить недорого. Кроме того, пластиковые подложки устойчивы к разрушению, в отличие от стеклянных дисплеев, используемых в ЖК-устройствах.

Лучшее качество изображения

OLED обеспечивают более высокий коэффициент контрастности и более широкий угол обзора по сравнению с ЖК-дисплеями, поскольку пиксели OLED излучают свет напрямую. Это также обеспечивает более глубокий уровень черного , поскольку черный OLED-дисплей не излучает свет. Более того, цвета пикселей OLED выглядят корректными и несмещенными, даже если угол обзора приближается к 90° от нормального . Обычно OLED-дисплеи могут отображать больше цветовых пространств (например, sRGB и DCI-P3 ), чем ЖК-дисплеи.

Повышенная энергоэффективность

ЖК-дисплеи фильтруют свет, излучаемый подсветкой , пропуская лишь небольшую часть света. Таким образом, они не могут показать настоящий черный цвет. Однако неактивный элемент OLED не излучает свет и не потребляет энергию, обеспечивая настоящий черный цвет. Удаление подсветки также делает OLED легче, поскольку некоторые подложки не нужны.

Время ответа

OLED также имеют гораздо более быстрое время отклика, чем LCD. Используя технологии компенсации времени отклика, самые быстрые современные ЖК-дисплеи могут достигать времени отклика всего 1   мс , что обеспечивает самый быстрый переход цвета, и способны поддерживать частоту обновления до 240   Гц. По данным LG , время отклика OLED до 1000 раз быстрее, чем у LCD. по скромным оценкам, менее 10   мкс (0,01   мс), что теоретически может обеспечить частоту обновления, приближающуюся к 100   кГц (100 000   Гц). Благодаря чрезвычайно быстрому времени отклика OLED-дисплеи также можно легко сконструировать для стробирования, создавая эффект, аналогичный мерцанию ЭЛТ, чтобы избежать поведения выборки и удержания , наблюдаемого как на ЖК-дисплеях, так и на некоторых OLED-дисплеях, что создает ощущение размытия изображения .

Недостатки

Дисплей из светоизлучающего полимера (LEP) показывает частичный отказ

Старый OLED-дисплей, показывающий износ

Продолжительность жизни

Самая большая техническая проблема органических светодиодов — ограниченный срок службы органических материалов. В одном техническом отчете 2008 года о панели OLED-телевизора было обнаружено, что через 1000   часов яркость синего цвета ухудшилась на 12%, красного — на 7% и зеленого — на 8%. В частности, срок службы синих OLED в то время составлял от 14 000   часов до половины исходной яркости (пять лет при восьми часах в день) при использовании для плоских дисплеев. Это меньше, чем обычный срок службы ЖК-, светодиодных или PDP- технологий; каждый рассчитан примерно на 25 000–40 000   часов при половинной яркости, в зависимости от производителя и модели. Одной из основных проблем для OLED-дисплеев является образование темных пятен из-за проникновения кислорода и влаги, которые со временем разлагают органический материал независимо от того, подключен ли дисплей к питанию или нет. В 2016 году компания LG Electronics сообщила, что ожидаемый срок службы составит 100 000 часов по сравнению с 36 000 часов в 2013 году. В документе Министерства энергетики США показано, что ожидаемый срок службы осветительных приборов OLED снижается с увеличением яркости: ожидаемый срок службы составляет 40 000 часов при яркости 25% или 10 000 часов при яркости 100%.

Причина деградации

Деградация происходит за счет накопления центров безызлучательной рекомбинации и тушителей люминесценции в эмиссионной зоне. Говорят, что химический пробой полупроводников происходит в четыре этапа:

1. рекомбинация носителей заряда за счет поглощения УФ-излучения
2. гомолитическая диссоциация
3. последующие реакции радикального присоединения с образованием π- радикалов
4. диспропорция между двумя радикалами, приводящая к реакциям переноса атома водорода

Однако некоторые производители дисплеев стремятся увеличить срок службы OLED-дисплеев, превысив ожидаемый срок службы ЖК-дисплеев за счет улучшения светоотдачи, тем самым достигая той же яркости при более низком токе возбуждения. В 2007 году были созданы экспериментальные OLED-дисплеи, способные выдерживать яркость 400   кд/м. ² яркости часов более 198 000   для зеленых OLED и 62 000   часов для синих OLED. В 2012 году срок службы OLED до половины начальной яркости был увеличен до 900 000   часов для красного цвета, 1 450 000   часов для желтого и 400 000   часов для зеленого при начальной яркости 1 000   кд/м. ² . Правильная инкапсуляция имеет решающее значение для продления срока службы OLED-дисплея, поскольку светоизлучающие электролюминесцентные материалы OLED чувствительны к кислороду и влаге. Под воздействием влаги или кислорода электролюминесцентные материалы в органических светодиодах разлагаются по мере окисления, образуя черные пятна и уменьшая или сжимая область, излучающую свет, снижая светоотдачу. Это уменьшение может происходить попиксельно. Это также может привести к расслоению электродного слоя, что в конечном итоге приведет к полному выходу панели из строя.

Разложение происходит на три порядка быстрее при воздействии влаги, чем при воздействии кислорода. Инкапсуляцию можно выполнить путем нанесения эпоксидного клея с влагопоглотителем. путем ламинирования листа стекла эпоксидным клеем и влагопоглотителем с последующей вакуумной дегазацией или с использованием тонкопленочной инкапсуляции (ТФЭ), которая представляет собой многослойное покрытие из чередующихся органических и неорганических слоев. Органические слои наносятся с помощью струйной печати, а неорганические слои наносятся с помощью атомного осаждения слоев (ALD). Процесс инкапсуляции осуществляется в среде азота с использованием УФ-отверждаемого клея LOCA , а процессы электролюминесцентного и электродного осаждения материала проводятся в высоком вакууме. Процессы инкапсуляции и осаждения материала выполняются на одной машине после тонкопленочных транзисторов применения . Транзисторы применяются в процессе, таком же, как и в ЖК-дисплеях. Электролюминесцентные материалы также можно наносить с помощью струйной печати.

Цветовой баланс

Материал OLED, используемый для создания синего света, разлагается гораздо быстрее, чем материалы, используемые для создания других цветов; другими словами, мощность синего света уменьшится по сравнению с другими цветами света. Это изменение дифференциальной цветопередачи изменит цветовой баланс дисплея и будет гораздо более заметным, чем равномерное уменьшение общей яркости. Частично этого можно избежать, отрегулировав цветовой баланс, но для этого могут потребоваться сложные схемы управления и участие опытного пользователя. Однако чаще производители оптимизируют размер субпикселей R, G и B, чтобы уменьшить плотность тока через субпиксель, чтобы выровнять срок службы при полной яркости. Например, синий субпиксель может быть на 75% больше зеленого субпикселя. Красный субпиксель может быть на 10% больше зеленого.

Эффективность синих OLED

Повышение эффективности и срока службы синих OLED жизненно важно для успеха OLED в качестве замены технологии ЖК-дисплеев. Значительные исследования были вложены в разработку синих органических светодиодов с высокой внешней квантовой эффективностью , а также с более глубоким синим цветом.

С 2012 года исследования сосредоточены на органических материалах, демонстрирующих термически активированную замедленную флуоресценцию (TADF), обнаруженных в Университете Кюсю OPERA и CPOS Калифорнийского университета в Санта-Барбаре . TADF позволит получать стабильные и высокоэффективные перерабатываемые растворы (это означает, что органические материалы наслаиваются в растворы, образующие более тонкие слои) синие излучатели с внутренней квантовой эффективностью , достигающей 100%. В начале 2017 года Материалы TADF на основе полностью мостиковых акцепторов электронов борного типа на основе кислорода достигли огромного прорыва в своих свойствах. Внешний квантовый выход TADF-OLED для синего и зеленого света достиг 38%, с тонкой полушириной на полную ширину и высокой чистотой цвета. В 2022 году Хан и др. синтезировали новый люминесцентный материал типа DA, TDBA-Cz, и использовали m-AC-DBNA, синтезированный Meng et al. в качестве контроля для исследования влияния места замещения карбазольного звена в качестве донора электронов на электрон-акцепторное звено трифенилбора с кислородным мостиком на фотофизические свойства всей молекулы. Было обнаружено, что введение двух карбазольных звеньев в одно и то же бензольное кольцо электроноакцепторного звена трифенилбора с кислородными мостиками может эффективно подавлять конформационную релаксацию молекулы во время радиационного перехода, что приводит к узкополосному излучению синего света. Кроме того, TDBA-Cz является первым зарегистрированным синим материалом, достигшим как FWHM до 45 нм, так и максимального EQE 21,4% в нелегированном TADF-OLED.

Ожидается, что излучатели Blue TADF появятся на рынке к 2020 году. и будет использоваться для дисплеев WOLED с фосфоресцентными цветными фильтрами, а также для синих OLED-дисплеев с цветными фильтрами QD с струйной печатью .

Повреждение водой

Вода может мгновенно повредить органические материалы дисплеев. Поэтому улучшение процессов герметизации важно для практического производства. Повреждение водой особенно может ограничить долговечность более гибких дисплеев.

Выступление на открытом воздухе

В качестве излучающей технологии отображения OLED полностью полагаются на преобразование электричества в свет, в отличие от большинства ЖК-дисплеев, которые в некоторой степени отражают свет. Электронная бумага лидирует по эффективности: коэффициент отражения окружающего света составляет около 33 %, что позволяет использовать дисплей без внутреннего источника света. Металлический катод в OLED действует как зеркало с коэффициентом отражения около 80%, что приводит к плохой читаемости при ярком окружающем освещении, например, на открытом воздухе. Однако при правильном применении кругового поляризатора и просветляющих покрытий коэффициент диффузного отражения можно снизить до уровня менее 0,1%. При падающем освещении 10 000 фк (типичные условия испытаний для имитации наружного освещения) это дает приблизительный фотопический контраст 5:1. Однако достижения в области OLED-технологий позволяют OLED становиться лучше, чем ЖК-дисплеи, при ярком солнечном свете. Например, было обнаружено, что AMOLED - дисплей в Galaxy S5 превосходит все ЖК-дисплеи на рынке с точки зрения энергопотребления, яркости и отражательной способности.

Потребляемая мощность

Хотя OLED потребляет около 40% мощности ЖК-дисплея, отображая преимущественно черное изображение, для большинства изображений он потребляет 60–80% мощности ЖК-дисплея. Однако OLED может использовать более 300% мощности для отображения изображения на белом фоне, например документа или веб-сайта. Это может привести к сокращению срока службы батареи мобильных устройств при использовании белого фона.

Мерцание экрана

Многие OLED используют широтно-импульсную модуляцию для отображения градаций цвета/яркости. Например, пиксель, которому поручено отображать серый цвет, будет быстро мигать, создавая легкий стробоскопический эффект. Альтернативным способом уменьшения яркости может быть уменьшение мощности дисплея, что устранит мерцание экрана в ущерб цветовому балансу , который ухудшается при уменьшении яркости. Однако использование градаций ШИМ может быть более вредным для здоровья глаз.

Производители и коммерческое использование

Увеличенное изображение экрана AMOLED смартфона Google Nexus One с использованием RGBG системы семейства PenTile Matrix.

OLED-дисплей размером 3,8   см (1,5   Creative ZEN V. дюйма) от медиаплеера

OLED-освещение в торговом центре в Аахене , Германия.

Почти все производители OLED полагаются на оборудование для осаждения материалов, которое производят лишь несколько компаний. Наиболее заметным из них является Canon Tokki , подразделение Canon Inc. Сообщается, что Canon Tokki является почти монополистом в производстве гигантских вакуумных машин по производству OLED-дисплеев, примечательных своим размером 100 метров (330 футов). Apple полагалась исключительно на Canon Tokki в своем стремлении представить собственные OLED-дисплеи для iPhone, выпущенных в 2017 году. Электролюминесцентные материалы, необходимые для OLED, также производятся несколькими компаниями, в том числе Merck, Universal Display Corporation и LG Chem. Машины, наносящие эти материалы, могут работать непрерывно 5–6 дней и обрабатывать материнский субстрат за 5 минут.

Технология OLED используется в коммерческих приложениях, таких как дисплеи для мобильных телефонов и портативных цифровых медиаплееров , автомобильных радиоприемников и цифровых камер , а также в освещении. Такие портативные дисплеи отдают предпочтение высокой светоотдаче OLED для удобства чтения при солнечном свете и низкому энергопотреблению. Портативные дисплеи также используются с перерывами, поэтому более низкий срок службы органических дисплеев не является проблемой. Были созданы прототипы гибких и сворачиваемых дисплеев, в которых используются уникальные характеристики OLED. Также разрабатываются приложения для гибких вывесок и освещения. OLED-освещение имеет ряд преимуществ перед светодиодным освещением, таких как более качественное освещение, более рассеянный источник света и форма панелей. Компания Philips Lighting разместила в Интернете образцы OLED-освещения под торговой маркой Lumiblade. и Novaled AG, базирующаяся в Дрездене, Германия, в сентябре 2011 года представила линейку настольных OLED-ламп под названием Victory.

Nokia представила мобильные телефоны OLED, включая N85 и N86 8MP , оба из которых оснащены дисплеем AMOLED. OLED также используются в большинстве цветных сотовых телефонов Motorola и Samsung , а также в некоторых HTC , LG и Sony Ericsson . моделях Технологию OLED также можно найти в цифровых медиаплеерах, таких как Creative ZEN V , iriver clix , Zune HD и Sony Walkman X Series .

Смартфоны Google и HTC Nexus One оснащены экраном AMOLED, как и телефоны HTC Desire и Legend . Однако из-за нехватки поставок дисплеев производства Samsung в некоторых моделях HTC Sony SLCD . в будущем будут использоваться дисплеи в то время как в некоторых странах смартфоны Google и Samsung Nexus S будут использовать «Super Clear LCD».

OLED-дисплеи использовались в часах компаний Fossil (JR-9465) и Diesel (DZ-7086). Другие производители OLED-панелей включают Anwell Technologies Limited (Гонконг), AU Optronics (Тайвань), Chimei Innolux Corporation (Тайвань), LG (Корея), и другие.

DuPont заявила в пресс-релизе в мае 2010 года, что они могут произвести 50-дюймовый OLED-телевизор за две минуты с помощью новой технологии печати. Если это можно будет масштабировать с точки зрения производства, то общая стоимость OLED-телевизоров значительно снизится. DuPont также заявляет, что OLED-телевизоры, изготовленные с использованием этой менее дорогой технологии, могут прослужить до 15 лет, если их оставить включенными в течение обычного восьмичасового рабочего дня.

Использование OLED может быть предметом патентов , принадлежащих Universal Display Corporation , Eastman Kodak , DuPont , General Electric , Royal Philips Electronics , многочисленных университетов и других. К 2008 году тысячи патентов, связанных с OLED, были получены от крупных корпораций и небольших технологических компаний.

Гибкие OLED- дисплеи использовались производителями для создания изогнутых дисплеев, таких как Galaxy S7 Edge, но их не было в устройствах, которые пользователи могли бы сгибать. Samsung продемонстрировала выкатной дисплей в 2016 году.

Самсунг Складные смартфоны

31 октября 2018 года китайская компания по производству электроники Royole представила первый в мире телефон со складным экраном и гибким OLED-дисплеем. 20 февраля 2019 года Samsung анонсировала Samsung Galaxy Fold со складным OLED-дисплеем от Samsung Display, ее дочерней компании, в которой контрольный пакет акций находится. На выставке MWC 2019 25 февраля 2019 года компания Huawei анонсировала Huawei Mate X со складным OLED-дисплеем от BOE .

В 2010-х годах также широкое распространение получила технология отслеживания линии затвора в пикселях (TGP), которая перемещает схему управления от границ дисплея к промежуткам между пикселями дисплея, что позволяет использовать узкие рамки.

В 2023 году немецкий стартап Inuru объявил о производстве недорогих OLED-дисплеев с возможностью печати для упаковки и модной индустрии.

Мода

Текстиль, включающий OLED, является инновацией в мире моды и открывает путь к интеграции освещения, чтобы вывести инертные объекты на совершенно новый уровень моды. Надежда состоит в том, чтобы объединить комфорт и низкую стоимость текстиля со свойствами OLED-освещения и низким энергопотреблением. Хотя этот сценарий использования светящейся одежды весьма правдоподобен, проблемы по-прежнему остаются препятствием. Некоторые проблемы включают в себя: срок службы OLED, жесткость гибких подложек из фольги и отсутствие исследований по производству большего количества тканей, таких как фотонный текстиль.

Автомобильная промышленность

Число автопроизводителей, использующих OLED, по-прежнему невелико и ограничено элитным сегментом рынка. Например, Lexus RX 2010 года оснащен OLED-дисплеем вместо дисплея на тонкопленочных транзисторах (TFT-LCD).

Японский производитель Pioneer Electronic Corporation выпустил первые автомобильные стереосистемы с монохромным OLED-дисплеем, который также стал первым в мире OLED-продуктом. Aston Martin DB9 оснащен первым в мире автомобильным OLED-дисплеем. который был изготовлен компанией Yazaki , за ним следовали Jeep Grand Cherokee 2004 года и Chevrolet Corvette C6. EV 2015 года Hyundai Sonata и Kia Soul используют 3,5-дюймовый белый PMOLED-дисплей.

Приложения, специфичные для компании

Samsung

AMOLED-дисплеи Samsung

К 2004 году Samsung Display, дочерняя компания Южной Кореи крупнейшего конгломерата и бывшее совместное предприятие Samsung -NEC , стала крупнейшим в мире производителем OLED-дисплеев, производя 40% производимых в мире OLED-дисплеев. и по состоянию на 2010 год занимал 98% мирового рынка AMOLED . Компания является лидером в мировой индустрии OLED, получив в 2006 году 100,2   миллиона долларов из общего   дохода в 475 миллионов долларов на мировом рынке OLED. По состоянию на 2006 год компания владела более чем 600 американскими патентами и более 2800 международными патентами, что делает ее крупнейшим владельцем патентов на технологию AMOLED.

В 2005 году компания Samsung SDI анонсировала самый большой на тот момент в мире OLED-телевизор с диагональю 21 дюйм (53 см). Этот OLED имел самое высокое на тот момент разрешение — 6,22   миллиона пикселей. Кроме того, компания внедрила технологию на основе активной матрицы из-за ее низкого энергопотребления и высокого разрешения. Этот показатель был превышен в январе 2008 года, когда Samsung представила самый большой и тонкий на тот момент OLED-телевизор в мире с диагональю 31   дюйм (78   см) и толщиной 4,3   мм.

В мае 2008 года компания Samsung представила концепцию ультратонкого 12,1-   дюймового (30   см) OLED-дисплея для ноутбука с разрешением 1280 × 768 и бесконечным коэффициентом контрастности. По словам Ву Чон Ли, вице-президента отдела маркетинга мобильных дисплеев Samsung SDI, компания ожидает, что OLED-дисплеи будут использоваться в ноутбуках уже в 2010 году.

В октябре 2008 года Samsung продемонстрировала самый тонкий в мире OLED-дисплей, а также первый, который был «поворотным» и сгибаемым. Ее толщина составляет всего 0,05   мм (тоньше бумаги), однако сотрудник Samsung заявил, что «технически возможно сделать панель тоньше». Чтобы добиться такой толщины, Samsung выгравировала OLED-панель, в которой используется обычная стеклянная подложка. Схема возбуждения была образована низкотемпературными поликремниевыми TFT. Также использовались низкомолекулярные органические электролюминесцентные материалы. Число пикселей дисплея — 480 × 272. Коэффициент контрастности — 100 000:1, яркость — 200   кд/м. ² . Диапазон цветопередачи составляет 100% от стандарта NTSC.

По состоянию на 2020 год самый большой в мире OLED-телевизор представляет собой 88-дюймовый телевизор с разрешением 8K, частотой кадров до 120 кадров в секунду и стоимостью 34 676 долларов США.

На выставке Consumer Electronics Show (CES) в январе 2010 года компания Samsung продемонстрировала ноутбук с большим прозрачным OLED-дисплеем с прозрачностью до 40%. и анимированный OLED-дисплей на удостоверении личности с фотографией.

Смартфоны Samsung AMOLED 2010 года использовали свою торговую марку Super AMOLED , а Samsung Wave S8500 и Samsung i9000 Galaxy S были выпущены в июне 2010 года. В январе 2011 года Samsung анонсировала свои дисплеи Super AMOLED Plus, которые предлагают несколько преимуществ по сравнению со старыми дисплеями Super AMOLED : реально полосовая матрица (на 50 % больше субпикселей), более тонкий форм-фактор, более яркое изображение и снижение энергопотребления на 18 %.

На выставке CES 2012 компания Samsung представила первый телевизор с диагональю 55 дюймов, использующий технологию Super OLED.

8 января 2013 года на выставке CES компания Samsung представила уникальный изогнутый 4K Ultra S9 OLED-телевизор, который, по их словам, обеспечивает зрителям «опыт, подобный IMAX».

13 августа 2013 года Samsung объявила о доступности 55-дюймового изогнутого OLED-телевизора (модель KN55S9C) в США по цене 8999,99 долларов.

6 сентября 2013 года компания Samsung вместе с Джоном Льюисом представила в Великобритании свой 55-дюймовый изогнутый OLED-телевизор (модель KE55S9C).

Samsung представила смартфон Galaxy Round на корейском рынке в октябре 2013 года. Устройство оснащено экраном 1080p размером 5,7 дюйма (14 см), изогнутым по вертикальной оси, в закругленном корпусе. Корпорация продвигает следующие преимущества: новая функция под названием «Круговое взаимодействие», которая позволяет пользователям просматривать информацию, наклоняя телефон на плоской поверхности с выключенным экраном, а также ощущение одного непрерывного перехода, когда пользователь переключается между главными экранами. .

В 2022 году компания Samsung выпустила новую линейку OLED-телевизоров, впервые с 2013 года использующую эту технологию. Они используют панели производства Samsung Display; ранее LG была единственным производителем OLED-панелей для телевизоров.

Сони

Sony XEL-1 — первый в мире OLED-телевизор (передний)

Sony CLIÉ PEG-VZ90 был выпущен в 2004 году и стал первым КПК с OLED-экраном. Среди других продуктов Sony с OLED-экранами — портативный рекордер для мини-дисков MZ-RH1, выпущенный в 2006 году. и Walkman серии X.

в 2007 году (CES) в Лас-Вегасе На выставке Consumer Electronics Show Sony продемонстрировала модели OLED-телевизоров с диагональю 11 дюймов (28 см) (разрешение 960 × 540) и 27 дюймов (69 см) с разрешением Full HD и разрешением 1920 × 1080 . 1 000 000:1 Оба заявили о контрастности и общей толщине (включая лицевую панель) 5   мм. В апреле 2007 года Sony объявила, что будет производить 1000 11-дюймовых (28 см) OLED-телевизоров в месяц для целей рыночного тестирования. 1 октября 2007 года Sony объявила, что 11-дюймовая (28 см) модель XEL-1 стала первым коммерческим OLED-телевизором. и он был выпущен в Японии в декабре 2007 года.

В мае 2007 года Sony публично представила видео гибкого OLED-экрана диагональю 2,5 дюйма (6,4 см) толщиной всего 0,3 миллиметра. На выставке Display 2008 компания Sony продемонстрировала   дисплей толщиной 0,2 мм и диагональю 3,5 дюйма (8,9 см) с разрешением 320×200 пикселей и   дисплей толщиной 11 дюймов (28 см) толщиной 0,3 мм с разрешением 960×540 пикселей, что составляет одну десятую часть толщина XEL-1.

В июле 2008 года правительственный орган Японии заявил, что будет финансировать совместный проект ведущих фирм, целью которого является разработка ключевой технологии для производства больших энергосберегающих органических дисплеев. В проекте участвуют одна лаборатория и 10 компаний, включая Sony Corp. NEDO заявила, что проект был направлен на разработку основной технологии для массового производства 40-   дюймовых и более OLED-дисплеев в конце 2010-х годов.

В октябре 2008 года Sony опубликовала результаты исследования, проведенного ею совместно с Институтом Макса Планка, относительно возможности создания на массовом рынке гибких дисплеев, которые могли бы заменить жесткие ЖК-дисплеи и плазменные экраны. В конце концов, гибкие прозрачные дисплеи можно будет соединить друг с другом для создания 3D-изображений с гораздо более высоким коэффициентом контрастности и углами обзора, чем существующие продукты.

Sony представила прототип 3D-телевизора OLED с диагональю 24,5 дюйма (62   см) на выставке Consumer Electronics Show в январе 2010 года.

В январе 2011 года Sony объявила, что портативная игровая консоль PlayStation Vita (преемница PSP ) будет оснащена 5-дюймовым OLED-экраном.

17 февраля 2011 года Sony анонсировала свой 25-дюймовый (63,5   см) профессиональный эталонный OLED-монитор, предназначенный для рынка постпроизводства кино и драмы высокого класса.

25 июня 2012 года Sony и Panasonic объявили о создании совместного предприятия по созданию недорогих OLED-телевизоров массового производства к 2013 году. компания Sony представила свой первый OLED-телевизор с 2008 года На выставке CES 2017 под названием A1E. В 2018 году были представлены еще две модели: одна на выставке CES 2018 под названием A8F, а другая — телевизор серии Master под названием A9F. На выставке CES 2019 они представили еще две модели: A8G и еще один телевизор серии Bravia под названием A9G. Затем, на выставке CES 2020 , они представили A8H, который по сути был A9G с точки зрения качества изображения, но с некоторыми компромиссами из-за более низкой стоимости. На том же мероприятии они также представили 48-дюймовую версию A9G, что сделало его самым маленьким OLED-телевизором со времен XEL-1.

LG

9 апреля 2009 года LG приобрела подразделение OLED компании Kodak и начала использовать технологию белых OLED. По состоянию на 2010 год LG Electronics выпустила одну модель OLED-телевизора - 15-дюймовый (38 см) 15EL9500. и анонсировала выпуск 3D-телевизора OLED с диагональю 31 дюйм (79 см) в марте 2011 года. 26 декабря 2011 года LG официально анонсировала «самую большую в мире 55-дюймовую (140 см) OLED-панель» и представила ее на выставке CES 2012. В конце 2012 года LG объявляет о выпуске OLED-телевизора 55EM9600 в Австралии.

В январе 2015 года LG Display подписала долгосрочное соглашение с Universal Display Corporation на поставку OLED-материалов и право использования их запатентованных OLED-излучателей.

Мицубиси

Lumiotec — первая компания в мире, которая с января 2011 года разрабатывает и продает серийно выпускаемые осветительные панели OLED с такой яркостью и длительным сроком службы. Lumiotec — совместное предприятие Mitsubishi Heavy Industries, ROHM, Toppan Printing и Mitsui & Co.1 июня 2011 года компания Mitsubishi Electric установила 6-метровую «сферу» OLED в Токийском музее науки.

Реком Групп

6 января 2011 года технологическая компания Recom Group из Лос-Анджелеса представила первое потребительское приложение OLED с небольшим экраном на выставке Consumer Electronics Show в Лас-Вегасе. Это был OLED-дисплей размером 2,8 дюйма (7   см), который использовался в качестве носимой бейджика с названием видео. На выставке Consumer Electronics Show в 2012 году компания Recom Group представила первый в мире флаг видеомикрофона, включающий три   OLED-дисплея размером 2,8 дюйма (7 см) на стандартном флаге микрофона вещательной компании. Флаг видеомикрофона позволял показывать видеоконтент и рекламу по стандарту вещательной компании. флаг микрофона.

Делл

6 января 2016 года Dell анонсировала OLED-монитор Ultrasharp UP3017Q на выставке Consumer Electronics Show в Лас-Вегасе. Было объявлено, что монитор будет оснащен 30-дюймовой (76 см) 4K UHD OLED-панелью с   частотой обновления 120 Гц, временем отклика 0,1 миллисекунды и коэффициентом контрастности 400 000:1. Монитор планировалось продать по цене 4999 долларов и выпустить в марте 2016 года, всего несколько месяцев спустя. К концу марта монитор так и не был выпущен на рынок, и Dell не рассказала о причинах задержки. В сообщениях говорилось, что Dell отказалась от монитора, поскольку компания была недовольна качеством изображения OLED-панели, особенно степенью отклонения цвета, которое она отображала, когда вы смотрели на монитор с боков. 13 апреля 2017 года Dell наконец выпустила на рынок OLED-монитор UP3017Q по цене 3499 долларов (на 1500 долларов меньше первоначальной заявленной цены в 4999 долларов на выставке CES 2016). Помимо снижения цены, монитор отличался   частотой обновления 60 Гц и контрастностью 1 000 000:1. По состоянию на июнь 2017 г. монитор больше нельзя приобрести на веб-сайте Dell.

Яблоко

Apple начала использовать OLED-панели в своих часах в 2015 году и в своих ноутбуках в 2016 году, представив сенсорную панель OLED на MacBook Pro. В 2017 году Apple объявила о выпуске своего десятого юбилейного iPhone X с собственным оптимизированным OLED-дисплеем, лицензированным Universal Display Corporation. За исключением линейки iPhone SE , iPhone XR и iPhone 11, все выпущенные с тех пор iPhone также оснащены OLED-дисплеями. В 2024 году Apple анонсировала iPad Pro 7-го поколения с «тандемным OLED». панель в попытке увеличить яркость панели.

Нинтендо

Третья модель системы Nintendo Switch гибридной игровой оснащена OLED-панелью вместо ЖК- панели исходной модели. Анонсированный летом 2021 года, он был выпущен 8 октября 2021 года.

Исследовать

В 2014 году компания Mitsubishi Chemical Corporation (MCC), дочерняя компания Mitsubishi Chemical Holdings , разработала OLED-панель со сроком службы 30 000 часов, что вдвое больше, чем у обычных OLED-панелей.

Поиск эффективных материалов OLED широко поддерживается методами моделирования; можно рассчитать важные свойства вычислительным путем, независимо от экспериментальных данных, удешевление разработки материалов.

18 октября 2018 года компания Samsung представила план своих исследований на форуме Samsung OLED 2018. Сюда входят отпечаток пальца на дисплее (FoD), датчик под панелью (UPS), тактильный сигнал на дисплее (HoD) и звук на дисплее (SoD).

Различные продавцы также изучают камеры под управлением OLED (камеры с дисплеем). По данным IHS Markit, Huawei заключила партнерские отношения с BOE , Oppo — с China Star Optoelectronics Technology (CSOT), Xiaomi — с Visionox .

В 2020 году исследователи из Технологического университета Квинсленда (QUT) предложили использовать человеческие волосы , которые являются источником углерода и азота, для создания OLED-дисплеев.

См. также

• Сравнение технологии отображения
• Отображение автоэмиссии - тип отображения. Страницы, отображающие описания викиданных в качестве запасного варианта.
• Плоский дисплей – технология электронного дисплея
• Гибкая электроника . Монтаж электронных устройств на гибких пластиковых подложках.
• Гибкий органический светодиод
• Список новых технологий
• Список производителей плоских дисплеев
• Молекулярная электроника – Отдел химии и электроники
• Органический светоизлучающий транзистор - форма транзистора, излучающего свет. Страницы, отображающие описания викиданных в качестве запасного варианта.
• Печатная электроника - электронные устройства, созданные различными методами печати.
• Дисплей с квантовыми точками - Тип устройства отображения
• Рулонная обработка — метод многократной печати, при котором печать осуществляется непосредственно на рулоне ткани или других материалов. Страницы, отображающие описания викиданных в качестве запасного варианта.
• Цветовая схема «Светлый на темном» — тип цветовой схемы (Темный режим).
• Дисплей с эмиттером электронов поверхностной проводимости – ЭЛТ-экран
• Светодиодный дисплей
• микроLED
• Мини светодиод

Дальнейшее чтение

• Т. Цудзимура, «Основы и применение OLED-дисплеев» , серия Wiley-SID в области технологий отображения, Нью-Йорк (2017). ISBN   978-1-119-18731-8 .
• П. Чаморро-Посада, Х. Мартин-Хиль, П. Мартин-Рамос, Л. М. Навас-Грасиа, Fundamentos de la Tecnologia OLED ( Основы технологии OLED ). Университет Вальядолида, Испания (2008 г.). ISBN   978-84-936644-0-4 . Доступно онлайн с разрешения авторов на веб-странице: Fundamentos de la Tecnologia OLED.
• Кордт, Паскаль; и др. (2015). «Моделирование органических светоизлучающих диодов: от молекулярных свойств к свойствам устройства». Передовые функциональные материалы . 25 (13): 1955–1971. дои : 10.1002/adfm.201403004 . hdl : 21.11116/0000-0001-6CD1-A . S2CID   18575622 .
• Шинар, Джозеф (ред.), Органические светоизлучающие устройства: обзор . Нью-Йорк: Спрингер-Верлаг (2004). ISBN   0-387-95343-4 .
• Хари Сингх Налва (ред.), Справочник по люминесценции, материалам и устройствам для отображения , том 1–3. Американское научное издательство, Лос-Анджелес (2003). ISBN   1-58883-010-1 . Том 1: Органические светоизлучающие диоды
• Хари Сингх Налва (ред.), Справочник по органической электронике и фотонике , том 1–3. Американские научные издательства, Лос-Анджелес (2008). ISBN   1-58883-095-0 .
• Мюллен, Клаус (ред.), Органические светоизлучающие устройства: синтез, свойства и применение . Вили-ВЧ (2006). ISBN   3-527-31218-8
• Йерсин, Хартмут (ред.), Высокоэффективные OLED с фосфоресцирующими материалами . Вили-ВЧ (2007). ISBN   3-527-40594-1
• Хо, Му-Джонг, Джавед Т., Марк Р., Майер Э. и Дэвид К. (2008) «Итоговый отчет: твердотельное освещение OLED – европейские исследования Kodak» MOTI (Управление технологиями и инновациями) Проект, Судейская бизнес-школа Кембриджского университета и компания Kodak European Research, итоговый отчет, представленный 4 марта 2008 г. в Kodak European Research в Кембриджском научном парке, Кембридж, Великобритания, страницы 1–12.
• Дисплей, Новое видение (12 февраля 2018 г.). «Между ожесточенной конкуренцией, что лучше OLED, LCD или PMOLED» .

Внешние ссылки

• OLED, LCD и TFT — конструкция и различия, преимущества и недостатки 08 июля 2020 г.
• Структура и принцип работы OLED и электролюминесцентных дисплеев.
• Знакомство MIT с технологией OLED (видео)
• Исторический список OLED-продуктов с 1996 года по настоящее время