4.14.4. 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

	Низкомолекулярный материал – OLED		Высокомолекулярный (полимерный) материал – PLED
Цвет	Эффек­тив­ность, кд/А	Ресурс работы, ч (при яркости 150 кд/м2)	Эффек­тив­ность, кд/А	Ресурс работы, ч (при яркости 150 кд/м2)
Красный Зеленый Синий Желтый Белый	1...2 8...10 4 8...10 2...4	50 000 200 000 14 000 >30 000 100 000	4...5 8...9 3 8 6...8	40 000 30 000 20 000

c помощью специального струйного "принтера". Структура PLED представлена на (рис. 4.42), на прозрачную гибкую подложку наносят пленку анода 4 и 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 из соответствующих слоев собирались вдоль грани­цы контакта слоев, где и происходит их рекомбинация с генерацией фотонов. Слой 1 является 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 катодом или 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 х 540 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.