Органические светоизлучающие диоды (стр. 3 )

На сегодняшний день OLED-технология применяется в мобильных телефонах, цифровых камерах, автомобильных бортовых компьютерах, GPS-навигаторах, для цифровых индикаторов, лицевых панелей автомагнитол, MP3-плееров, в приборах ночного видения и т. п. Она уже сейчас популярна среди многих разработчиков узкой направленности, продукция которых не нуждается в использовании большого полноцветного экрана. Я уверен, многие из вас уже видели или, может быть, уже имеют мобильные телефоны и MP3 плейеры с OLEDовскими экранчиками. В Москве можно приобрести и OLEDовские телевизоры. Правда они пока довольно дороги – телевизор с экраном 11" стоит около 70 тыс. р. К сожалению, в России, как я уже говорил, пока имеются только планы по созданию таких производств.

Изготовление больших мониторов значится среди ближайших перспектив ведущих компаний по производству электронной техники. Некоторыми из них уже достигнуты немалые успехи: например, в компаниях Samsung и Sony уже созданы прототипы мониторов с диагональю 40 дюймов. Благодаря совершенствованию светоизлучающих органических веществ верхняя граница рабочей температуры OLED-дисплеев достигла 100оС, что позволяет их эффективно использовать в автомобильной промышленности и других сферах, где температурное воздействие ограничивает применение ранее известных технологий.

В недалеком будущем сфера использования OLED должна расшириться и захватить рынок планшетных персональных компьютеров (Tablet PC). По сравнению с LCD данная технология позволит внести важные положительные изменения в некоторые из наиболее важных характеристик устройств: значительно уменьшится толщина компьютера, снизится его масса. Важно и энергопотребление, которое с началом использования OLED заметно сократится. 

Тонкие органические плёнки, которые проводят электричество и обладают значительной электролюминесценцией, могут положить начало революции в дизайне одежды и упаковках продуктов. Планируется усовершенствование технологии до уровня, когда OLED-устройства могут быть размещены практически на любом материале, т. е. устройства освещения и электронные экраны дисплеев можно будет встраивать в одежду или упаковку, вследствие чего они смогут отображать информацию в электронном виде. Такие устройства могут применяться для разных целей: от одежды, меняющей цвет, до пивных банок, показывающих результаты последних футбольных матчей.

Важное направление в области органических светодиодов – разработка прозрачных приборов отображения информации, способных передавать необходимые данные, не прерывая визуального контакта наблюдателя с окружающей средой. Возможные области применения таких устройств – лобовые стекла автомобилей, самолетов, судов, специальные очки, шлемы военнослужащих, водолазов.

В перспективе с развитием OLED-технологии значительно уменьшится стоимость приборов и материалов, что может повлечь за собой открытие нового, нетрадиционного применения таких устройств, например, как покрытия на основе светодиодов вполне могут быть использованы не только в качестве источника освещения для помещений, но и как декоративные элементы. При этом владелец может контролировать цвет излучения, а также создать желаемый узор. При использовании OLED-ячеек высокого разрешения устройства на их основе, помимо назначения обоев или лампы, одновременно смогут выполнять и функцию монитора или телевизора. 

Сегодня можно с уверенностью сказать, начальный этап развития технологии органических светоизлучающих диодов пройден. Дальнейшее развитие этого направления несомненно будет протекать высокими темпами, учитывая преимущества приборов, основанных на принципе трансформирования электрической энергии в световую, и высокую востребованность таких приборов на мировом рынке.

На этом я заканчиваю вводную историческую часть и перехожу к собственно к OLEDам. Начнем с общих положений, которые вы уже изучали, т. е. немного освежим ваши знания.

ФИЗИКА ЯВЛЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ

Как я уже отмечал, в основе работы OLED лежит известное в физике явление электролюминесценции, которое в свою очередь представляет собой разновидность более общего понятия – люминесценции.

Люминесценция — свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения. Впервые люминесценция была описана в XVIII веке. Сам термин "люминесценция" был введен Е. Видеманом в 1888 г. Каноническое определение люминесценции было дано в 1945 г. выдающимся российским физиком академиком , который сформулировал это так: "Будем называть люминесценцией избыток над температурным излучением тела в том случае, если это избыточное излучение обладает конечной длительностью примерно 10-10 секунд и больше". Здесь важно сравнение яркости люминесцирующего объекта с яркостью абсолютно черного тела в одном и том же спектральном диапазоне.

Предложенное определение люминесценции дает возможность различать тепловое излучение и люминесценцию. Люминесценция может проявляться при достаточно низких температурах, при этом тепловая энергия излучающей системы не используется. Одним из первоначальных названий люминесценции является "холодное свечение", которое, по сути, позволяет отличить люминесценцию от таких видов нетеплового излучения, как отражение, рассеяние света, рамановское (комбинационное) рассеяние, черенковское излучение.

С точки зрения физики, люминесценция определяется излучательными переходами системы из возбужденного состояния в невозбужденное (основное). Перевод системы в неустойчивое возбужденное состояние и последующее высвечивание могут быть достигнуты различными способами, которые отражаются в приставках к слову "люминесценция": фотолюминесценция, хемилюминесценция, электролюминесценция, катодолюминесценция и т. д.

Запрещенные зоны энергии, разделяющие энергетические уровни – необходимое условие люминесценции. Этим обусловлена люминесценция полупроводников и диэлектриков, хотя грань между ними весьма условна и определяется шириной запрещенной зоны. Непрерывный энергетический спектр металлов в конденсированном состоянии приводит к отсутствию люминесценции. Поглощаемая энергия (например, фотоны) вызывают колебания кристаллической решетки, которые переходят в тепло.

Следует отметить люминесцентные свойства органических соединений. Органические вещества, имеющие протяженные системы сопряжённых p-связей, обладают самой сильной люминесценцией. Под термином «сопряжение связей» понимается определенного рода взаимодействие электронных систем атомов или фрагментов молекулы. Подробнее об этом будем говорить немного позднее.

Антрацен, нафталин, белки, содержащие ароматические аминокислоты, многие пигменты растений и в частности хлорофилл, а также ряд лекарственных препаратов обладают ярко выраженной способностью к люминесценции. Органические лиганды, способные образовывать люминесцирующие комплексы со слабо люминесцирующими неорганическими соединениями, часто используются в люминесцентном анализе. Именно это обстоятельство привлекло внимание исследователей, после предложения в конце 40-х годов XX века использовать люминесценцию при анализе химических веществ.

В настоящее время понятие люминесценции применяется не только к видимому участку спектра, но также для длинноволнового инфракрасного и коротковолнового ультрафиолетового диапазонов, включая рентгеновское излучение (рис. 1.1).

Шкала электромагнитных волн

Как уже отмечалось люминесцентное свечение тел принято делить на следующие виды:

*  фотолюминесценция — свечение под действием света (видимого и УФ-диапазона). Она, в свою очередь, делится на флуоресценцию (время жизни 10-9-10-6 с) и фосфоресценцию (10-3-10 с);

*  хемилюминесценция — свечение, использующее энергию химических реакций;

*  катодолюминесценция — вызвана облучением быстрыми электронами (катодными лучами);

*  сонолюминесценция — люминесценция, вызванная звуком высокой частоты;

*  рентгенолюминесценция — свечение под действием рентгеновских лучей;

*  радиолюминесценция — при возбуждении вещества γ-излучением;

*  триболюминесценция — люминесценция, возникающая при растирании, раздавливании или раскалывании люминофоров. Триболюминесценция вызывается электрическими разрядами, происходящими между образовавшимися наэлектризованными частями — свет разряда вызывает фотолюминесценцию люминофора;

*  электролюминесценция — возникает при воздействии электрического поля на определенные типы люминофоров.

Для нас последний вид люминесценции представляет особый интерес, поэтому остановимся на нем более подробно. Итак, электролюминесценция представляет собой одновременно оптическое и электрическое явление, при котором материал (люминофор) излучает свет под действием проходящего электрического тока или под воздействием сильного электрического поля.

В наиболее важном для нас случае электролюминесценция является результатом рекомбинации электронов и дырок в органическом полупроводнике. Электроны, перешедшие на возбужденные уровни энергии вещества, "опускаясь" в основное состояние, испускают энергию в виде фотонов - свет. До рекомбинации электроны и дырки разделены либо в результате легирования материала, приводящего к p-n переходу (это как раз случай светоизлучающих диодов) или путем возбуждения под действием высокоэнергетичных электронов, ускоренных сильным электрическим полем (свечение люминофоров в электролюминесцентных дисплеях).

Обычно электролюминесцентные устройства создаются на базе тонких пленок органических или неорганических веществ. Основное вещество тонкой пленки (матрица) может содержать различные примеси (допанты), которые позволяют менять длину волны излучения, т. е. цвет свечения.

Для ЭЛ неорганических материалов классическим примером является соединение ZnS:Mn, дающее желто-оранжевое свечение. Другими примерами служат сульфид цинка, допированный медью или серебром, сульфид цинка, допированный магнием, природные алмазы с добавками бора, а также широкий набор полупроводников группы А(III)В(V), такие как InP, GaAs и GaN.