Технологии получения органических светодиодов

Основное различие в технологиях OLED и PLED заключается в методах нанесения и свойствах мно­гослойных структур светоизлучающих материалов, определяющих параметры работы различных устройств (эффективность и ресурс работы устройства; контрастность, цветопередача и разрешение, габаритные размеры изделий и т. п.).

Для осаждения слоев материалов по технологии OLED используется метод вакуумно-термического испарения VTE (vacuum thermal evaporation). Например, металл с высокой энергией выхода (рис. 4.41) осаждается на подложку в качестве анода 2. Тонкий слой 3 (HIL — hole injection layer) обеспечи­вает инжекцию дырок через низкий энергетический барьер (менее 5 эВ). Затем на него осаждается слой 4, служащий для транспортировки дырок (HTL — hole transport layer). Поверх него формируется слой эмит­тера 4 (EML — emissive layer). Слои 6 и 7 обеспечивают транспортировку (ETL — electron transport layer) и инжектирование электронов (EIL — electron injec­tion layer), соответственно. Слой 8 является катодом. Требуемый цвет обеспечивается за счет применения цветовых фильтров.

Для осаждения слоев материалов по технологии OLED полимерные материалы растворяют в органическом растворителе, а затем наносят в жидком виде

Рис 4.41. Структура органического светодиода на кремниевой подложке (OLED)

1 – Кремниевая подложка; 2 – Пленка анода; 3- Слой инжектирования;

4 – Слой транспортировки дырок; 5 – Слой эмиссионного материала;

6 – Слой транспортировки электронов; 7 – Слой инжектирования электронов;

8 – Пленка катода; 9 – Прозрачный слой.

Рис 4.42. Структура полимерного светодиода (PLED)

Табл. 4.4 Достоинства и недостатки материалов, используемых в органических светодиодах

c помощью специального струйного "принтера". Структура PLED представлена на (рис. 4.42), на прозрачную гибкую подложку наносят пленку анода 4и затем полимерную пленку 3, являющуюся источником инжектирования дырок HIL (hole injec­tion layer). Далее осаждают слой 2, являющийся ин­жектором электронов EIL (electron injection layer) q более низким положением дна зоны проводимо­сти. Толщина и электрические характеристики ма­териалов подобраны так, чтобы электроны и дырки изсоответствующих слоев собирались вдоль грани­цы контакта слоев, где и происходит их рекомбинация с генерацией фотонов. Слой 1является катодом.

В табл. 4.4 представлены некоторые сравнительные характеристики OLED-и PLED-структур. Из табли­цы видно, что в настоящее время OLED-структуры превосходят PLED-структуры по сумме параметров свечения. Однако OLED-технология, в отличие от PLED-технологии, не позволяет создавать дисплеи больших размеров.

Типы OLED-структур

В настоящее время существует несколько типов ОLED - структур:

• пассивно-матричные(ПМ) (Passive-Matrix OLED, PMOLED).Элементы изображения (пиксели) представляет собой диодные структуры. Для ге­нерации излучения необходима подача тока как на строку, так и на столбец матрицы. На базе PMOLED выполняются устройства малых разме­ров (2—3") отображения информации на сотовых телефонах, карманных компьютерах и МРЗ-плее­рах со сроком службы не более 5 000 ч непрерыв­ной работы. Однако PMOLED не пригодны для создания экранов с большой диагональю и высо­ким разрешением;

• активно-матричные(AM) (Active-Matrix OLED, AMOLED)— аналог пассивно-матричных струк­тур, но в отличие от первого типа пиксель состоит из диода и тонкопленочного полевого транзисто­ра (TFT), являющегося переключателем, который контролирует количество энергии, поступающей к диоду. Меньшая, чем у пассивно-матричных диодов потребляемая мощность и более высокая частота обновления данных позволяет использо­вать AMOLED для создания больших ТВ-экра­нов, дисплеев портативных устройств, монито­ров, электронных информационных и рекламных табло;

• OLED-структуры с прозрачным катодомили про­зрачные диоды (transparent OLED, TOLED).Ими могут быть как PMOLED-структуры, так и AMOLED-структуры. Прозрачные органические с ветодиоды на тонких прозрачных стеклянных или пластмассовых подложках позволяют гене­рировать излучение оптического диапазона как верхней и нижней, так и обеими торцевыми по­верхностями. В нерабочем режиме панели про­зрачны. TOLED могут монтироваться на стеклах очков, нашлемных дисплеях, на лобовом стекле азтомобиля, самолета и т. д.;

• наборные OLED-структуры(stacked OLED, SOLED).Особенностью формирования структу­ры данных светодиодных структур является вер­тикальное расположение субпикселей. Данная структура OLED, благодаря независимой регули­ровке интенсивности излучения цветопередачи и шкалы серого позволяет создавать полноцветные экраны с высоким разрешением;

• гибкие OLED-структуры(foldable-flexible OLED — FOLED)могут формироваться как на гибкой ме­таллической фольге, так и на поверхности пласт­масс. Дисплеи на гибких OLED могут быть вклю­чены в ткань одежды для спасательных служб и военных. При подаче фонового изображения (стены здания, рельефа местности и т. д.) на спе­циальную одежду человек сливается с фоном и становится "невидимым";

• фосфоресцирующие OLED-структуры(phospho­rescent OLED, — PHOLED),разработанные ком­панией Universal Display Corp (UDC). В данных структурах слои транспортировки дырок и элек­тронов выполнены на основе растворимого в полимере фосфоресцирующего низкомолеку­лярного материала. Благодаря фосфоресценции, PHOLED теоретически могут преобразовывать практически 100 % потребляемой энергии в световое излучение (в отличие от 23 % для обычных органических светодиодов), что приводит к зна­чительному уменьшению потребляемой мощно­сти, сокращению тепловых потерь и, соответст­венно, к получению матриц больших размеров. PHOLED также пригодны для изготовления AMOLED с TFT на поли- или аморфном крем­нии. Слои формируются на подложке с помощью процесса струйной печати органическим паром (Organic Vapor Phase Deposition, OVPD) — пары органического материала пропускают через мик­роскопические сопла, формирующие коллимированный пучок газа, создающий на подложке требуемый рис.. На базе технологий PHOLED и TOLED разрабатываются окна, кото­рые в зависимости от погодных условий и осве­щенности могут либо самостоятельно испускать дневной свет, либо его пропускать. По последним рейтингам продаж 2008 г. объемы реализации AMOLED значительно превзошли PMOLED. В настоящее время в этой области дея­тельности лидируют две компании — Samsung SDI, выпускающая дисплеи для мобильных телефонов и SONY, наладившая производство телевизоров.

Фирма SONY выпускает серий­ный телевизор Sony XEL-l-П" с разрешением 960 х540 пикселей и контрастностью экрана около 10⁶ : 1 при мощности потребления всего 25 Вт, что заметно ниже показателей моделей с аналогичным разрешением. Толщина матрицы составляет около 3 мм. В ближайшее время планируется выход в продажу OLED-телевизора с экраном 21", продемонстриро­ванный на выставке электроники в Лас-Вегасе CES (Consumer Electronics Show) (CES) в январе 2009 г.

В середине 2008 года на выставке электроники CeBIT-2008 компания Samsung продемонстрировала OLED-дисплей с диагональю 31" и толщиной 4,3 мм.

Тестовые вопросы к главе 4 «Приборы когерентного излучения»

4.1. Используя рис., укажите в конструкции твердотельного лазера номер, указывающий на стержень активного вещества:

а) 1;

б) 2;

в) 3;

г) 4;

д) 5.

4.2. Используя рис., укажите в конструкции твердотельного лазера номер, указывающий на инфракрасный светодиод:

а) 1;

б) 2;

в) 3;

г) 4;

д) 5.

4.3. Используя рис., укажите номер, указывающий на металл:

а) 1;

б) 2;

в) 3;

г) 4.

4.4. Используя рис., укажите номер, указывающий на активную область:

а) 1;

б) 2;

в) 3;

г) 4.

4.5. Используя рис., укажите в полупроводниковом лазере с гетероструктурой номер, указывающий на металл:

а) 1;

б) 2;

в) 3;

г) 4.

4.6. Используя рис., укажите на ватт – амперной характеристике инжекционного лазера, номер соответствующий низкой температуре:

а) 1;

б) 2;

в) 3.

4.7. Используя рис., укажите в полупроводниковом лазере с гетероструктурой номер, указывающий на активную область:

а) 1;

б) 2;

в) 3;

г) 4.

4.8. Используя рис., укажите на ватт – амперной характеристике инжекционного лазера, номер соответствующий средней температуре:

а) 1;

б) 2;

в) 3.

4.9. Используя рис., укажите на ватт – амперной характеристике инжекционного лазера, номер соответствующий высокой температуре:

а) 1;

б) 2;

в) 3.

4.10. Какие условия необходимо выполнить для возникновения лазерной генерации:

а) условие баланса фаз;

б) условие баланса амплитуд;

в) использовать элемент накачки;

г) использовать оптический резонатор.

4.11. Какие устройства относятся к нанофотонным:

а) использующие оптоэлектронные приборы с размерами областей более 10^-6;

б) использующие оптоэлектронные приборы с размерами областей менее 10^-6;

в) использующие оптоэлектронные приборы с размерами областей более 10^-7;

г) использующие оптоэлектронные приборы с размерами областей менее 10^-7.

4.12 Какие лазеры обладают минимальными пороговыми токами?

а) на основе моноперехода;

б) на основе одиночной гетероструктуры;

в) на основе квантовых ям;

г) на основе квантовых точек.

4.13. Какие наноструктуры называются квантовыми ямами?

а) 3D;

б) 2D;

в) 1D;

г) 0D.

4.14. Какие наноструктуры называются квантовыми точками?

а) 3D;

б) 2D;

в) 1D;

г) 0D.

4.15. Какой спектр характерен для квантовой точки?

а) аналогичен малоатомному кластеру.

б) аналогичен малоатомной молекуле.

в) аналогичен спектру квантовой ямы.

г) аналогичен спектру одиночного атома.

4.16. Какие фотонные кристаллы способны к интенсивному испусканию света?

а) GaAs

б) GaAlAs

в) GaS

г) InS

4.17. На основе каких структур создают наноэлектронные лазеры:

а) на основе моно p-n переходов;

б) на основе гетероструктур;

в) на основе полимерных материалов;

г) на основе жидких кристаллов.

4.18. Какими свойствами обладают лазеры с вертикальным резонатором:

а) Не содержат горизонтальных резонаторов;

б) Имеют встроенную систему накачки;

в) Обладают низким пороговым током;

г) Обладают высоким КПД.

4.19. На основе какой технологии можно создать дисплей-невидимку:

а) LED;

б) OLED;

в) TOLED;

г) PHOLED;