НИИИТ
Научно-исследовательский институт инновационных технологий
Печатная электроника
Лаборатория печатной электроники
Генератор идей
Если у Вас есть идеи по
применению печатной электроники,
напишите нам об этом
Отправить

OLED

Органические светодиодные (OLED – Organic Light Emitting Diode) источники света являются наиболее перспективными с точки зрения экономии электроэнергии, не выделяют тепло (лампы накаливания), не требуют дополнительных устройств для старта (стартеры и дроссели у ламп дневного света). Величина светового потока у светодиодов аналогична соотвествующим показателям «классических» ламп. Возможно использование таких изделий не только в качестве единичных (точечных) источников света, но и в качестве целых поверхностей излучающих свет. Причем такие системы в течение времени могут менять не только свой уровень светимости, но и становиться прозрачными или матовыми, в зависимости от времени суток.

Подробнее

OLED светодиод впервые появился в 1987 году, когда исследователи компании Kodak Чин Танг и Стив Слайк продемонстрировали разработанный ими новый материал. При пропускании электрического тока тонкий слой материала испускал достаточно яркий свет. Дальнейшее развитие материалов и технологии проходило очень активно. Уже в 1998 году появилось первое серийное устройство с OLED-дисплеем, он применялся в автомагнитоле в качестве желто-черного монохромного экрана размером 256х64 точки. Всего через год появился первый полноценный многоцветный дисплей. На сегодняшний день многие электронные устройства, если имеют устройства вывода, то именно OLED дисплеи. Возможность нанесения всей структуры методами печатных технологий по праву может считаться следующим шагом в развитии направления.

Процесс светоизлучения происходит следующим образом – после подключения к структуре OLED питающего напряжения анод и катод начинают одновременно инжектировать дырки (положительные заряды) и электроны (отрицательные заряды) в органический слой, где происходит их рекомбинация, в результате чего выделяется энергия, большая часть которой высвобождается в форме света (см. рисунок 1). Яркость зависит от типа используемого в OLED материала и приложенного напряжения питания. Минимальное свечение начинается при напряжении от 2-2.5 В, а при 10 В яркость достигает уже 1000 Кд/кв.м.

Рисунок 1 – Принцип излучения света полупроводниковым элементом

Цвет светодиодов определяется длиной волны излучаемого света, который в свою очередь зависит от смеси полупроводников, которые используются в формировании точки p-n перехода во время производства светодиодов. Набор цветов достаточно широк – красный, янтарный, желтый и зеленый. Можно добиться синего и белого цвета, но как правило, такой цвет удорожает процесс производства, так как надо точно смешать несколько цветов для их получения. Главным компонентам являются галлий (Ga) и мышьяк (As). Типы полупроводниковых материалов, используемых для получения различных цветов в «классических» светодиодах, приведены в таблице 1. Различным типам полупроводниковых элементов для излучения света соответствующей длины волны требуется различное напряжение питания. В таблице 1 приведены лишь некоторые виды

Таблица 1

Характеристики цветных светодиодов

Полупроводники

Длина волны, нм

Цвет

Напряжение питания

(20 мА), В

GaAs

850-940

инфракрасный

1.2

GaAsP

630-660

красный

1.8

GaAsP

605-620

янтарный

2.0

GaAsP:N

585-595

желтый

2.2

AlGaP

550-570

зеленый

3.5

SiC

430-505

синий

3.6

GaInN

450

белый

4.0

Единичные светоизлучающие элементы объединяются в матрицы, для создания полноразмерных светоизлучающих поверхностей. Сами OLED матрицы могут быть активными и пассивными. В пассивной матрице светоизлучающие ячейки находятся на пересечении анодов и катодов, при подаче напряжении на них она начинает светиться (см. рисунок 2). При этом для поддержания картинки требуется постоянное приложение напряжения. Недостатки такой матрицы формируются из ограничений разрешения получаемого рисунка, обусловленных невозможностью высокоточного нанесения электродов и ограничение в потреблении электричества – требуется постоянная подача напряжения.

Рисунок 2 – OLED с пассивной матрицей

В активной матрице светоизлучающая ячейка привязана к тонкопленочному транзистору, однократная подача напряжения на который приведет к её «загоранию», до подачи другой управляющей команды (см. рисунок 3). Такая матрица позволяет добиться большего разрешения, уменьшенного времени отклика и меньшего энергопотребления. При этом возникает другое ограничение – значительное увеличение стоимости такой матрицы, по сравнению с пассивной.

Рисунок 3 – OLED с активной матрицей

Кроме различных типов матриц, с помощью которых осуществляется управлением подачей цвета, существуют так же различные типы самих OLED по типу и назначению. Рассмотрим следующие типы OLED:

  • прозрачный OLED (Transparent OLED – TOLED);
  • гибкие OLED (Flexible OLED – FOLED);
  • наборный OLED (Stacked OLED – SOLED).

Прозрачные OLED отличаются характерной особенностью – прозрачностью всех составляющих частей. Без подачи питающего напряжения структуры OLED остаются прозрачными. Области применения таких типов экранов очень разнообразны и включают в себя изделия от потребительской электроники до спецтехники, см. рисунки 4, 5.

Рисунок 4 – TOLED, используемый в часах/таймере

Рисунок 5 – TOLED, используемый в активном экране навигации самолета (проект)

Гибкие OLED имеют другое существенное отличие – гибкость основания, на котором выполнен дисплей и пластичность всех структур, способных выдерживать усилие на изгиб. Удобство таких систем можно оценить, представив нашивку на рубашке, выводящую, к примеру, карту вашего передвижения. Пример такого дисплея приведен на рисунке 6.

Рисунок 6 – FOLED

Причем гибкость таких экранов может измеряться не небольшими углами изгиба, а количествами оборотов вокруг собственной оси, см. рисунок 7.

Рисунок 7 – Гибкость FOLED

Наборные OLED, представленные фирмой Universal Display Corporation, характеризуются несколько нестандартной структурой формирования цвета. Обычно все цвета формируются из комбинации трех основных – красного, синего и зеленого, ячейка матрицы светодиода объединяет именно их. Сгруппированы эти источники света в одной плоскости, в результате чего при рассмотрении с близкого расстояния можно увидеть не только сам объект, но и цветовые ячейки, формирующие тот или иной рисунок (см. рисунок 8).

Рисунок 8

В SOLED использованы TOLED, расположенные друг над другом, то есть светоизлучающие ячейки сгруппированы не по горизонтали, а по вертикали. Это позволило получить ряд очевидных преимуществ – независимо от расстояния и увеличения, с которых вы рассматриваете рисунок, трехцветные ячейки не увидишь. Это так же дополнительная возможность увеличить разрешение экрана и соответственно значительно улучшить цветопередачу.

Отдельно стоит упомянуть класс белых OLED. Реализация такой структуры значительно проще, поскольку нет необходимости в создании пикселей и соответственно управляющих матриц. Получаемый свет можно варьировать по уровню яркости, а по своим свойствам он более комфортен, чем свет флуоресцентных ламп. Используя слой светофильтра можно получить лампу любого цвета. При этом сам элемент получается очень экономичным.

Все представленные типы OLED могут быть выполнены по печатным технологиям, уже на текущем этапе развития, хотя многие только как лабораторные прототипы. При этом несомненными преимуществами печатных технологий следует считать широкий выбор оснований, на которых могут быть выполнены OLED, универсальность и скорость процесса, позволяющие за один цикл сформировать всю структуру. В зависимости от типа OLED можно применять различные технологии печати.

Структура печатных OLED будет состоять из слоев, представленных на рисунке 9. При этом формирование слоев может проводиться не только печатными методами, можно использовать несколько технологий при его изготовлении.

Рисунок 9 – Структура OLED

(1 – катод, 2 – буферные слои, 3 – инжекционные слои, 4 – транспортные слои, 5 – блокирующие слои, 6 – эмиссионный слой, 7 – прозрачный анод, 8 – прозрачная подложка)

Одним из основных недостатков органических светодиодов можно считать их «капризность» – любой контакт с окружающей средой может привести к их деградации и снижению ключевых параметров. При попадании влаги ячейка просто-напросто разбухает, а при взаимодействии с кислородом – окисляется, что в любом случае ведет к нарушению работоспособности. Поэтому OLED-излучателю требуется обеспечить стопроцентную герметизацию. Пример обеспечения такого уровня герметичности приводился Хольст-Центром на выставке LOPEC 2013, см. рисунок 10.

Рисунок 10 – OLED изолированные от воздействия воды

Перспектива получения гибких лент и экранов OLED разного назначения велика. Примеры использования простых светящихся лент высокой гибкости уже приводились Хольст-Центром, см. рисунок 11. Более сложные дисплеи можно использовать не только в качестве телевизора, но и, к примеру, в качестве электронных обоев, способных воспроизводить любую картинку, в том числе и телевизионную.

Рисунок 11 – Примеры гибких OLED светильников

Различные печатные технологии позволяют изготовить такие изделия, некоторые только как лабораторные образцы, некоторые в качестве опытных и малых серий. К примеру, технологии трафаретной печати подходят для формирования OLED источников света (равномерных), поскольку данная технология оптимальная для нанесения больших по площади слоев с несложной структурой. Струйная печать позволяет с высокой точностью формировать достаточно сложные структуры, вероятно, такую технологию стоит рассматривать в качестве приоритетной для многоцветных экранов. Один из примеров последовательности нанесения слоев при формировании многоцветного экрана приведен на рисунке 12.

Рисунок 12 – Технология изготовления OLED с нанесением светоформирующих ячеек струйной печатью

Как видно из рисунка на текущем этапе развития технологий вполне оправданным можно считать некое слияние «классических» и печатных технологий. Так в качестве оснований и разделителей ячеек выступают соединения кремния и полиимид, выполненные по «классическим» технологиям, а заполнение ячеек выполнено с помощью струйной печати. Пример такого совмещения в одном цикле изготовления приведен на рисунке 13.

Рисунок 13 – Технология изготовления OLED с использованием струйной печати

Однако вопросы разработки новых материалов и технологии не стоят на месте, ведь сворачиваемый экран невозможно выполнить на кристаллических подложках. Образцы проектов и готовых изделий с гибкими OLED структурами приведены на рисунке 14.

Рисунок 14 – Примеры изделий с гибкими OLED (а – OLED изготовленый на линии Roll-to-roll, б – OLED дисплей фирмы Dupont, в – гибкий OLED вшитый в нарукавник, г – гибкий экран Sony OLED)

 
Статьи по теме
Мир в новом свете
Мир в новом свете
Во всех областях жизни нас каждую минуту сопровождает освещение той или иной яркости и интенсивности. Человек многое воспринимает через цвет: удивительно, но доказано — цвет формы спортсменов влияет на решения судей.Системы освещения, OLED )
скачать в формате pdf
Гибкие печатные экраны
Гибкие печатные экраны
Мы продолжаем серию публикаций, посвященных органической и печатной электронике. В настоящей статье будут рассмотрены принцип работы и существующие технологии производства гибких печатных экранов.Системы освещения, OLED, Электрохромные экраны, Электрофоретические экраны, Управляющие транзисторные матрицы )
скачать в формате pdf
Новости по теме
19 Ноября 2013
Мерцающие фасады, изогнутые мониторы, сверкающая одежда, флуоресцентные обои, гибкие солнечные батареи - и все это напечатано на принтере. Звучит как отрывок из фантастической книги, но ученые уверены, что в ближайшем будущем все это станет реальностью - благодаря новому процессу печати для органических светодиодов.Солнечная энергетика, Струйная печать, OLED )
22 Марта 2012
Компания Solvay и исследовательский центр Holst Centre продемонстрировали гибкие экраны площадью 69см2 на органических светодиодах (OLED) с высокой световой отдачей. Светоизлучающие экраны большой площади состоят из нескольких основных слоев, нанесенных методом растворения и дополнительных слоев, созданных с помощью вакуумного напыления.OLED )
4 Августа 2011
Гибкая прозрачная электроника стала ближе к реальности благодаря созданию электродов на основе графена в Университете Райса, США. В лаборатории Джемса Тура (James Tour) были созданы тонкие пленки, которые могут радикально изменить сенсорные экраны, солнечные элементы и светодиодные системы освещения.OLED )