Οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός | 8 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΔΩΔΕΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΦΩΣ

Περιεχόμενα

Τι είναι το OLED; | Τι σημαίνει το led;

Το OLED είναι συντομογραφία για τις οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός. Είναι βασικά ένας τύπος δίοδος εκπομπής φωτός ή LED που έχει ένα εκπέμπον στρώμα ηλεκτροφωταύγειας που δρα ως φιλμ οργανικών ενώσεων και είναι υπεύθυνο για την εκπομπή φωτός όταν εφαρμόζεται ηλεκτρικό ρεύμα. Σήμερα, τα οργανικά LED χρησιμοποιούνται ευρέως για την ανάπτυξη ψηφιακών οθονών σε διάφορες συσκευές όπως τηλεόραση, οθόνες, τηλέφωνα, φορητές συσκευές χειρός παιχνιδιών, έξυπνα ρολόγια κ.λπ. Οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός ενσωματώνονται επίσης σε συσκευές φωτισμού στερεάς κατάστασης.

οργανικό led ή oled
Μια οργανική δίοδος εκπομπής φωτός ή τηλεόραση OLED. Πηγή εικόνας: Steve Liao - https://www.flickr.com/photos/steveliao/2089119570/
Η Sony XEL-1 τηλεόραση, η πρώτη OLED Τηλεόραση (κυκλοφόρησε το 2007-2010).
CC BY-SA 2.0

Πώς κατασκευάζονται τα OLED;

Μια γενική δίοδος εκπομπής οργανικού φωτός περιλαμβάνει ένα φύλλο οργανικών υλικών που εναποτίθενται σε ένα υπόστρωμα, το οποίο τοποθετείται μεταξύ της καθόδου και της ανόδου. Η μετεγκατάσταση των ηλεκτρονίων pi λόγω της σύζευξης σε ένα μέρος ολόκληρου του μορίου, με αποτέλεσμα τα οργανικά μόρια να γίνονται ηλεκτρικά αγώγιμα. Αυτά τα υλικά συμπεριφέρονται σαν οργανικοί ημιαγωγοί καθώς η αγωγιμότητά τους τυπικά βρίσκεται μεταξύ εκείνων των μονωτών και των αγωγών. Σε αυτά τα υλικά, ο ρόλος των ζωνών σθένους και αγωγιμότητας ανόργανων ημιαγωγών εκτελείται από τα χαμηλότερα μη κατειλημμένα και υψηλότερα καταλαμβανόμενα μοριακά τροχιακά (LUMO και HOMO).

Αρχικά, οι πολυμερείς οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός σχεδιάστηκαν για να έχουν ένα μόνο οργανικό στρώμα. Ωστόσο, στις μέρες μας μπορούν να αναπτυχθούν πολυεπίπεδη οργανικά LED με δύο ή περισσότερα στρώματα για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της συσκευής. Μαζί με τον αριθμό των στρωμάτων, το είδος του υλικού που χρησιμοποιείται για την υποβοήθηση της έγχυσης φορτίου στα ηλεκτρόδια είναι επίσης σημαντικό για την τελική λειτουργία της συσκευής.

Η αγώγιμη ιδιότητα του χρησιμοποιούμενου υλικού αποφασίζει εάν θα υπήρχε μια πιο βαθμιαία ηλεκτρονική ροή, ή μια απόφραξη φορτίου ή αντίσταση από το ταξίδι στο αντίθετο ηλεκτρόδιο και ότι θα ήταν ανεκμετάλλευτη. Η ουσία επιλέγεται ανάλογα με τις ιδιότητες του υλικού όπως η ηλεκτρική αγωγιμότητα, η οπτική διαφάνεια και η χημική σταθερότητα. Σήμερα, τα οργανικά LED έχουν μια απλή δομή διπλής στιβάδας που περιλαμβάνει ένα εκπεμπόμενο στρώμα και ένα αγώγιμο στρώμα. Με βάση τη χημική δομή του υλικού, ο εκπομπός μπορεί είτε να είναι φθορισμός είτε φωσφορίζων.

Οργανική δομή διόδου εκπομπής φωτός. Πηγή εικόνας; AMOLED.png: www.universaldisplay.com παράγωγο έργο: Πέδρο Σπολαδόρε (ομιλία), AMOLED-elCC BY-SA 3.0

Πώς λειτουργεί μια οργανική δίοδος εκπομπής φωτός;

Όταν ξεκινά η λειτουργία, εφαρμόζεται μια πιθανή διαφορά σε όλη την οργανική δίοδο εκπομπής φωτός. Η άνοδος διατηρείται σε υψηλότερο δυναμικό σε σχέση με την κάθοδο. Το υλικό της ανόδου βασίζεται σε ιδιότητες υλικού όπως ηλεκτρική αγωγιμότητα, οπτική διαφάνεια και χημική σταθερότητα. Το χαμηλότερο μη καταλαμβανόμενο μοριακό τροχιακό της οργανικής στιβάδας (στην κάθοδο) δέχεται τα εγχυόμενα ηλεκτρόνια και το υψηλότερο καταλαμβανόμενο μοριακό τροχιακό (στην άνοδο) αποσύρει τα ηλεκτρόνια ή με άλλα λόγια, εγχέει ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών. Στους οργανικούς ημιαγωγούς οι οπές είναι συγκριτικά πιο κινητές από τα ηλεκτρόνια. Επομένως, ο ανασυνδυασμός ηλεκτρονίων και οπών σε ένα exciton γίνεται πλησιέστερα στο εκπεμπόμενο στρώμα.

Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αποσύνθεση μιας διεγερμένης κατάστασης που οδηγεί στην εκπομπή ακτινοβολιών με μήκος κύματος στο ορατό φάσμα. Το ακριβές μήκος κύματος ή η συχνότητα της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας καθορίζεται από το εύρος ζώνης του υλικού, δηλαδή, τη διαφορά στα επίπεδα ενέργειας των HOMO και LUMO. Στην περίπτωση εκπομπών φωσφορίζοντος, τα excitons (singlets και triplets) αποσυντίθενται ακτινοβολικά. Ωστόσο, στην περίπτωση εκπομπού φθορισμού, τα τρίδυμα δεν εκπέμπουν φως. Αυτοί οι εκπομποί φθορισμού διαθέτουν μέγιστη εγγενή απόδοση μόνο 25%. Ωστόσο, οι φωσφορίζοντες πομποί (ιδιαίτερα μικρού μήκους κύματος {μπλε}) έχουν χαμηλότερη διάρκεια ζωής σε σύγκριση με τους φθορίζοντες πομπούς.

Τα φερόνια ηλεκτρονίων-οπών που δημιουργούνται έχουν ένα μισό ακέραιο γύρισμα. Τα excitons μπορούν να υπάρχουν είτε σε απλές είτε σε τριπλές καταστάσεις βάσει του συνδυασμού διαφορετικών περιστροφών ηλεκτρονίων και οπών. Για κάθε singit exciton, σχηματίζονται τρία triitet excitons. Η διάσπαση της τριπλής κατάστασης (επικρατούσα σε φωσφορίζοντα) απαγορεύει την περιστροφή και συνεπώς αυξάνει το χρονικό διάστημα μετάβασης. Οι φωσφορίζουσες οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός διευκολύνουν τη διέλευση μεταξύ συστημάτων από αμφότερες τις καταστάσεις τριπλής και μονής χρησιμοποιώντας αλληλεπιδράσεις περιστροφής-τροχιάς. Αυτό βελτιώνει την εσωτερική απόδοση. Σήμερα, οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός χρησιμοποιούνται εκτενώς για την ανάπτυξη ψηφιακών οθονών σε διάφορες συσκευές όπως τηλεόραση, οθόνες, τηλέφωνα, φορητές συσκευές χειρός παιχνιδιών, έξυπνα ρολόγια κ.λπ. Οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός ενσωματώνονται επίσης σε συσκευές φωτισμού στερεάς κατάστασης.

OLED schematic.svg
Οργανική σχηματική δίοδος εκπομπής φωτός - 1. Κάθοδος, 2. Εκπεμπόμενη στρώση, 3. Εκπομπή ακτινοβολίας, 4. Αγώγιμο στρώμα, 5. Άνοδος Πηγή εικόνας: Οργανική δίοδος εκπομπής φωτός Rafał Konieczny, Σχέδιο OLEDCC BY-SA 3.0

Ποιο είναι το φάσμα εκπομπών των OLED;

Το μήκος κύματος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας εξαρτάται από τον τύπο του υλικού που χρησιμοποιείται και τον αριθμό των στρωμάτων του υλικού. Η ενέργεια της ακτινοβολίας είναι ίση με το διάκενο του υλικού, δηλαδή τη διαφορά στα επίπεδα ενέργειας των HOMO και LUMO. Η τελική ή ολική εκπομπή μιας οργανικής δίοδος εκπομπής φωτός μπορεί να ρυθμιστεί ουσιαστικά για να αντιπροσωπεύει οποιοδήποτε δεδομένο χρώμα, συμπεριλαμβανομένων του λευκού και του μαύρου. Η θερμοκρασία χρώματος μπορεί επίσης να ποικίλει συναρμολογώντας πολλούς διαφορετικούς συνδυασμούς στρωμάτων σε μία μόνο συσκευή. Τα οργανικά στρώματα είναι συνήθως διαφανή στο ορατό φάσμα. Γενικά, για να επιτευχθούν τα βέλτιστα αποτελέσματα συνδυασμού χρωμάτων, οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός είναι εξοπλισμένες με τρία διαφορετικά στρώματα χρώματος, δηλαδή - RGB (κόκκινο, πράσινο και μπλε).

Τι είναι τα ανεστραμμένα OLED;

Στην περίπτωση των ανεστραμμένων διόδων εκπομπής οργανικού φωτός, η άνοδος τοποθετείται στο υπόστρωμα, κάτι που είναι αντίθετο με τη συμβατική δομή των οργανικών LED. Σε μια ανεστραμμένη δίοδο εκπομπής οργανικού φωτός, η κάθοδος συνδέεται με το άκρο αποστράγγισης ενός καναλιού. Αυτό χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη συσκευών με οθόνες AMOLED.

Οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός
AMOLED τηλέφωνα. Οργανική δίοδος εκπομπής φωτός Πηγή εικόνας: Samsung Galaxy Note 10Οθόνες OLEDCC BY-SA 4.0

Τι είναι οι διαβαθμισμένοι ετεροδιασταλτικοί OLED;

Στην περίπτωση των βαθμολογημένων δίοδοι εκπομπής οργανικού φωτός με διαβαθμισμένη ετεροδιαστολή, υπάρχει σταδιακή μείωση του κλάσματος των οπών ηλεκτρονίων σε χημικά μεταφοράς ηλεκτρονίων. Αυτό γίνεται για να επιτευχθεί σχεδόν 200% περισσότερη κβαντική απόδοση από τη συμβατική δομή οργανικής εκπομπής φωτός.

Τι είναι τα στοιβαγμένα OLED;

Στην περίπτωση των στοιβαγμένων διόδων εκπομπής οργανικού φωτός, η αρχιτεκτονική των pixel που χρησιμοποιείται, τακτοποιεί τα κόκκινα, πράσινα και μπλε υπο pixel κάθετα το ένα πάνω στο άλλο και όχι οριζόντια το ένα δίπλα στο άλλο. Αυτό οδηγεί σε μεγάλη αύξηση του βάθους χρώματος, της γκάμας και σημαντική μείωση του κενού των pixel. Οι άλλες μέθοδοι εμφάνισης χρησιμοποιούν γενικά το ένα δίπλα στο άλλο διάταξη μειώνοντας την πιθανή ανάλυση.

Ποια είναι τα τεχνικά χαρακτηριστικά ενός συμβατικού OLED;

Χαρακτηριστικά της οργανικής δίοδος εκπομπής φωτός

Τα τεχνικά χαρακτηριστικά μιας συμβατικής δίοδος εκπομπής οργανικού φωτός παρουσιάζονται παρακάτω:

Ενεργειακής απόδοσης180 lm / Wt
Τρέχουσα απόδοση40 cd / Α
Εσωτερική κβαντική απόδοση (Exiton / Photon)100%
Εξωτερική κβαντική απόδοση (φωτισμένο φωτόνιο / σχηματισμένο φωτόνιο)40%
Τάση Opearting5 - 8 V
Τάση συμπερίληψης3 - 9 V
Γωνία View180 °
Λάμψη1000 cd / m2
Αντίθεση100: 1
Διάρκεια Ζωής6 - 11 χρόνια
Εύρος θερμοκρασίας-40… + 50 ° C

Ποια είναι τα πλεονεκτήματα των OLED;

Τα πλεονεκτήματα του OLED

  1. Οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός είναι βιοαποικοδομήσιμες ουσίες.
  2. Οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός είναι συγκριτικά ελαφρύτερες, λεπτότερες και πιο ελαστικές από τις κρυσταλλικές στιβάδες σε οθόνες υγρών κρυστάλλων ή διόδους εκπομπής φωτός.
  3. Οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός είναι πολύ εύκαμπτες και, επομένως, μπορούν εύκολα να διπλωθούν και να τυλιχτούν όπως απαιτείται σε κυλιόμενες οθόνες που εισάγονται σε ορισμένα υφάσματα αυτές τις μέρες. Ο λόγος πίσω από αυτό είναι ότι το υπόστρωμα που χρησιμοποιείται στο Organic LED είναι πολυμερές και όχι το γυαλί που χρησιμοποιείται για LED ή LCD.
  4. Οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός είναι συγκριτικά πιο φωτεινές από τις κανονικές διόδους εκπομπής φωτός. Η τεχνητή αντίθεση των οργανικών LED είναι υψηλότερη. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα οργανικά στρώματα των οργανικών λυχνιών LED είναι πολύ πιο στενά από τα αντίστοιχα ανόργανα στρώματα κρυστάλλων ενός LED. Επιπλέον, τα αγώγιμα και εκπεμπόμενα στρώματα των οργανικών λυχνιών LED δεν χρησιμοποιούν γυαλί (το οποίο απορροφά κάποιο μέρος του φωτός) και μπορεί να έχει πολυεπίπεδη σχεδίαση.
  5. Σε αντίθεση με μια οθόνη LCD, η ρύθμιση της βιολογικής δίοδος εκπομπής φωτός δεν απαιτεί οπίσθιο φωτισμό. Αυτό βοηθά στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας ή ενέργειας από μια συσκευή οργανικής LED. Οι LCD χρειάζονται φωτισμό για να βοηθήσουν στην παραγωγή μιας ορατής εικόνας που απαιτεί περισσότερη ενέργεια, ενώ τα OLED μπορούν να παράγουν το δικό τους φως.
  6. Η διαδικασία παραγωγής μιας οργανικής δίοδος εκπομπής φωτός είναι ευκολότερη και μπορεί να επεξεργαστεί σε μεγάλα λεπτά φύλλα. Συγκριτικά, είναι πολύ πιο δύσκολο να παραχθεί ένας τόσο μεγάλος αριθμός στρωμάτων υγρών κρυστάλλων.
  7. Οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός παρέχουν ευρύτερη γωνία θέασης σε σύγκριση με τις LCD. Αυτό συμβαίνει επειδή ένα οργανικό LED pixel εκπέμπει φως απευθείας. Τα χρώματα pixel ενός οργανικού LED δεν μετατοπίζονται μαζί με την αλλαγή της γωνίας παρατήρησης από κανονική σε ορθή γωνία.
  8. Μια οργανική δίοδος εκπομπής φωτός έχει πιο γρήγορο χρόνο απόκρισης σε σύγκριση με μια οθόνη LCD.

Οργανικό LED pixel

Το οργανικό LED pixel εκπέμπει φως απευθείας και τα χρώματα pixel ενός οργανικού LED δεν μετατοπίζονται μαζί με την αλλαγή στη γωνία παρατήρησης από κανονική σε ορθή γωνία. Οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός παρέχουν ευρύτερη γωνία θέασης σε σύγκριση με τις οθόνες LCD.

Η μεγαλύτερη σειρά Oled στον κόσμο. 2850 LG OLED φως .jpg
Η μεγαλύτερη σειρά βιολογικών διόδων εκπομπής φωτός στον κόσμο. Πηγή εικόνας: οργανικό LED Σεμπαστιέν ΓιούρκοφσκιΗ μεγαλύτερη σειρά Oled στον κόσμο. 2850 LG OLED φως CC BY-SA 4.0

Ποια είναι τα μειονεκτήματα ενός OLED;

Τα μειονεκτήματα της χρήσης μιας οργανικής δίοδος εκπομπής φωτός είναι

  1. Η διάρκεια ζωής μιας οργανικής δίοδος εκπομπής φωτός είναι χαμηλότερη από την οθόνη LCD. Οι πράσινες και κόκκινες ταινίες οργανικών LED έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από περίπου 46,000 έως 230,000 ώρες. Ωστόσο, τα μπλε οργανικά LED έχουν πολύ μικρότερη διάρκεια ζωής έως και 13-14,000 ώρες περίπου.
  2. Οι ουσίες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή μπλε φωτός σε OLED υποβαθμίζονται ταχύτερα από τις ουσίες που παράγουν άλλα χρώματα που προκαλούν μείωση της συνολικής φωτεινότητας του οργανικού LED.
  3. Οι δίοδοι εκπομπής οργανικού φωτός δεν πρέπει να έρχονται σε επαφή με το νερό, διότι οδηγεί σε άμεση υποβάθμιση.
  4. Η οργανική δίοδος εκπομπής φωτός χρειάζεται περίπου τρεις φορές περισσότερη ισχύ για την εμφάνιση μιας εικόνας με λευκό φόντο. Η εκτεταμένη χρήση λευκών φόντων μπορεί να οδηγήσει σε μειωμένη διάρκεια ζωής της μπαταρίας σε κινητά τηλέφωνα και άλλες συσκευές.
  5. Οι δίοδοι οργανικής εκπομπής φωτός είναι ακριβές. Κοστίζουν περίπου 10 έως 20 φορές περισσότερα από τα παρόμοια LED με απόδοση.
  6. Υπάρχει έλλειψη μεγάλου εύρους προϊόντων που διατίθενται στο εμπόριο Organic Light Emitting Diode.
  7. Οι δίοδοι εκπομπής οργανικού φωτός έχουν υψηλή χωρητικότητα που περιορίζει το εύρος ζώνης διαμόρφωσης της συσκευής σε εύρος περίπου 100 kHz.
  8. Οι δίοδοι εκπομπής οργανικού φωτός έχουν χαμηλή απόδοση φωτός.

Ποιες είναι οι διαφορές μεταξύ ενός OLED και ενός LED;

Οι διαφορές μεταξύ ενός OLED και ενός LED είναι:

Οργανική δίοδος εκπομπής φωτός ή OLEDΔίοδος εκπομπής φωτός ή LED
Στην περίπτωση των οργανικών διόδων εκπομπής φωτός, το εκπέμπον στρώμα ηλεκτροφωταύγειας αποτελείται από οργανικές ενώσεις.Στην περίπτωση των LED, το εκπεμπόμενο στρώμα ηλεκτροφωταύγειας αποτελείται από ανόργανες ουσίες.
Στην οργανική τηλεόραση LED, κάθε εικονοστοιχείο λειτουργεί ξεχωριστά.Τα LED δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σωστά ως pixel στην τηλεόραση λόγω του μεγέθους τους.
Έχουν χαμηλότερη απόδοση φωτός.Έχουν υψηλότερη απόδοση φωτός.
Μπορούν να είναι λεπτά και μικρά λόγω της ευελιξίας τους.Είναι συγκριτικά λιγότερο ευέλικτα.
Δεν χρησιμοποιούν οπίσθιο φωτισμό καθώς μπορούν να παράγουν το δικό τους φως.Δεν μπορούν να παράγουν το δικό τους φως και επομένως να χρησιμοποιούν οπίσθιο φωτισμό.
Είναι ακριβά.Έχουν συγκριτικά χαμηλότερο κόστος κατασκευής.
Οι οργανικές λυχνίες LED δεν απαιτούν κανενός είδους υποστήριξη γυαλιού.Τα LED απαιτούν υποστήριξη γυαλιού.
Παρέχουν ευρύτερη γωνία θέασης.Έχουν ένα σχετικά χαμηλότερο γωνιακό εύρος.

Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τις διόδους ημιαγωγών που εκπέμπουν φως https://lambdageeks.com/light-sensors/

Σχετικά με το Sanchari Chakraborty

Είμαι πρόθυμος μαθητευόμενος, επί του παρόντος επενδύω στον τομέα της Εφαρμοσμένης Οπτικής και της Φωτονικής. Είμαι επίσης ενεργό μέλος του SPIE (Διεθνής Εταιρεία Οπτικής και Φωτονικής) και του OSI (Optical Society of India). Τα άρθρα μου έχουν ως στόχο να φέρουν στο φως ποιοτικά επιστημονικά ερευνητικά θέματα με απλό αλλά ενημερωτικό τρόπο. Η επιστήμη εξελίσσεται από αμνημονεύτων χρόνων. Γι 'αυτό, προσπαθώ να αξιοποιήσω την εξέλιξη και να το παρουσιάσω στους αναγνώστες.

Ας συνδεθούμε μέσω https://www.linkedin.com/in/sanchari-chakraborty-7b33b416a/

Lambda Geeks