Органический светодиод ( OLED ), также известный как органический электролюминесцентный ( organic EL ) диод , [1] [2] представляет собой тип светодиода (LED), в котором излучающий электролюминесцентный слой представляет собой органическую композитную пленку, которая излучает свет в ответ на электрический ток. Этот органический слой расположен между двумя электродами ; как правило, по крайней мере один из этих электродов является прозрачным. OLED используются для создания цифровых дисплеев в таких устройствах, как телевизионные экраны, компьютерные мониторы и портативные системы, такие как смартфоны и карманные игровые консоли . Основной областью исследований является разработка белых OLED-устройств для использования в твердотельных осветительных приборах. [3] [4] [5]
Существует два основных семейства OLED: основанные на малых молекулах и использующие полимеры . Добавление подвижных ионов в OLED создает светоизлучающую электрохимическую ячейку (LEC), которая имеет немного другой режим работы. OLED-дисплей может управляться с помощью пассивно-матричной (PMOLED) или активно-матричной ( AMOLED ) схемы управления. В схеме PMOLED каждая строка и линия на дисплее управляются последовательно, одна за другой, [6] тогда как управление AMOLED использует заднюю панель тонкопленочного транзистора (TFT) для прямого доступа и включения или выключения каждого отдельного пикселя, что позволяет получить более высокое разрешение и большие размеры дисплея.
OLED принципиально отличаются от светодиодов , которые основаны на pn-диодной структуре. В светодиодах легирование используется для создания p- и n-областей путем изменения проводимости основного полупроводника . OLED не используют pn-структуру. Легирование OLED используется для повышения эффективности излучения путем прямого изменения скорости квантово-механической оптической рекомбинации. Легирование также используется для определения длины волны испускания фотонов. [7]
OLED-дисплей работает без подсветки , поскольку он излучает собственный видимый свет . Таким образом, он может отображать глубокие уровни черного и может быть тоньше и легче, чем жидкокристаллический дисплей (ЖК-дисплей). В условиях низкой освещенности (например, в темной комнате) экран OLED может достигать более высокого коэффициента контрастности , чем ЖК-дисплей, независимо от того, использует ли ЖК-дисплей флуоресцентные лампы с холодным катодом или светодиодную подсветку .
OLED-дисплеи изготавливаются аналогично ЖК-дисплеям, включая изготовление нескольких дисплеев на материнской подложке, которая затем утончается и разрезается на несколько дисплеев. Подложки для OLED-дисплеев имеют те же размеры, что и те, которые используются для изготовления ЖК-дисплеев. Для производства OLED, после формирования TFT (для дисплеев с активной матрицей), адресуемых сеток (для дисплеев с пассивной матрицей) или сегментов оксида индия и олова (ITO) (для сегментных дисплеев), дисплей покрывается слоями дырочной инжекции, транспорта и блокировки, а также электролюминесцентным материалом после первых двух слоев, после чего ITO или металл могут быть снова применены в качестве катода . Позже весь набор материалов инкапсулируется. Слой TFT, адресуемая сетка или сегменты ITO служат или соединены с анодом , который может быть изготовлен из ITO или металла. [8] [9] OLED можно сделать гибкими и прозрачными, при этом прозрачные дисплеи используются в смартфонах с оптическими сканерами отпечатков пальцев, а гибкие дисплеи используются в складных смартфонах .
Андре Бернаноуз и его коллеги из Университета Нанси во Франции провели первые наблюдения электролюминесценции в органических материалах в начале 1950-х годов. Они прикладывали высокие переменные напряжения на воздухе к таким материалам, как акридиновый оранжевый краситель, нанесенный на тонкие пленки целлюлозы или целлофана или растворенный в них. Предложенный механизм заключался либо в прямом возбуждении молекул красителя, либо в возбуждении электронов . [10] [11] [12] [13]
В 1960 году Мартин Поуп и некоторые из его коллег из Нью-Йоркского университета в США разработали омические темноинжектирующие электродные контакты для органических кристаллов. [14] [15] [16] Они далее описали необходимые энергетические требования ( работы выхода ) для инжектирующих дырки и электроны электродных контактов. Эти контакты являются основой инжекции заряда во всех современных OLED-устройствах. Группа Поупа также впервые наблюдала электролюминесценцию постоянного тока (DC) в вакууме на одном чистом кристалле антрацена и на кристаллах антрацена, легированных тетраценом , в 1963 году [17] с использованием серебряного электрода небольшой площади при 400 вольтах . Предложенный механизм представлял собой возбуждение молекулярной флуоресценции электронами, ускоренными полем.
Группа Поупа сообщила в 1965 году [18] , что при отсутствии внешнего электрического поля электролюминесценция в кристаллах антрацена вызвана рекомбинацией термализованного электрона и дырки, и что уровень проводимости антрацена по энергии выше, чем уровень энергии экситона . Также в 1965 году Вольфганг Хельфрих и В. Г. Шнайдер из Национального исследовательского совета Канады впервые получили электролюминесценцию с двойной инжекцией в монокристалле антрацена, используя электроды для инжекции дырок и электронов [19] — предшественники современных устройств с двойной инжекцией. В том же году исследователи из Dow Chemical запатентовали метод изготовления электролюминесцентных ячеек с использованием высоковольтных (500–1500 В) (100–3000 Гц) электрически изолированных слоев расплавленного фосфора толщиной один миллиметр, состоящего из измельченного порошка антрацена, тетрацена и графитового порошка. [20] Предложенный ими механизм включал электронное возбуждение на контактах между частицами графита и молекулами антрацена.
Первый полимерный светодиод (PLED) был создан Роджером Партриджем в Национальной физической лаборатории в Соединенном Королевстве. Он использовал пленку поли( N-винилкарбазола ) толщиной до 2,2 микрометра, расположенную между двумя инжектирующими заряд электродами. Генерируемый свет был хорошо виден при нормальных условиях освещения, хотя используемый полимер имел 2 ограничения: низкую проводимость и сложность инжекции электронов. [21] Более поздняя разработка сопряженных полимеров позволила другим в значительной степени устранить эти проблемы. Его вклад часто упускался из виду из-за секретности, наложенной NPL на проект. Когда он был запатентован в 1974 году [22], ему было дано намеренно неясное «всеобъемлющее» название, в то время как правительственный Департамент промышленности пытался, но не смог найти промышленных партнеров для финансирования дальнейшей разработки. [23] В результате публикация была отложена до 1983 года. [24] [25] [26] [27]
Химики Чинг Ван Тан и Стивен Ван Слайк из Eastman Kodak создали первое практическое устройство OLED в 1987 году. [28] Это устройство использовало двухслойную структуру с отдельными слоями переноса дырок и переноса электронов, так что рекомбинация и излучение света происходили в середине органического слоя; это привело к снижению рабочего напряжения и повышению эффективности. [ необходима цитата ]
Исследования в области полимерной электролюминесценции достигли кульминации в 1990 году, когда Дж. Х. Берроуз из Кавендишской лаборатории Кембриджского университета , Великобритания, сообщил о высокоэффективном устройстве на основе полимера, излучающем зеленый свет, с использованием пленок поли(п-фениленвинилена) толщиной 100 нм . [29] Переход от молекулярных к макромолекулярным материалам решил проблемы, с которыми ранее сталкивались при долговременной стабильности органических пленок, и позволил легко изготавливать высококачественные пленки. [29] Последующие исследования разработали многослойные полимеры, и новая область пластиковой электроники и исследования OLED и производство устройств быстро росли. [30] Белые OLED, впервые разработанные Дж. Кидо и др. в Университете Ямагата , Япония, в 1995 году, достигли коммерциализации OLED-дисплеев и освещения. [31] [32]
В 1999 году Kodak и Sanyo заключили партнерство для совместного исследования, разработки и производства OLED-дисплеев. В сентябре того же года они анонсировали первый в мире 2,4-дюймовый активно-матричный полноцветный OLED-дисплей. [33] В сентябре 2002 года они представили прототип 15-дюймового HDTV-дисплея на основе белых OLED с цветными фильтрами на выставке CEATEC в Японии. [34]
Производство малых молекулярных OLED было начато в 1997 году корпорацией Pioneer , за которой в 2001 году последовала TDK , а в 2002 году — Samsung - NEC Mobile Display (SNMD), которая впоследствии стала одним из крупнейших в мире производителей OLED-дисплеев — Samsung Display. [35]
Sony XEL-1 , выпущенный в 2007 году, был первым OLED-телевизором. [36] Universal Display Corporation , одна из компаний, занимающихся OLED-материалами, владеет рядом патентов, касающихся коммерциализации OLED, которые используются крупнейшими производителями OLED по всему миру. [37] [38]
5 декабря 2017 года компания JOLED , преемница подразделений Sony и Panasonic по производству печатных OLED-панелей, начала первую в мире коммерческую поставку панелей OLED, изготовленных с помощью струйной печати. [39] [40]
Типичный OLED состоит из слоя органических материалов, расположенных между двумя электродами, анодом и катодом , все из которых нанесены на подложку . Органические молекулы являются электропроводящими в результате делокализации π -электронов , вызванной сопряжением по части или всей молекуле. Эти материалы имеют уровни проводимости от изоляторов до проводников, и поэтому считаются органическими полупроводниками . Высшие занятые и низшие незанятые молекулярные орбитали ( HOMO и LUMO ) органических полупроводников аналогичны валентным зонам и зонам проводимости неорганических полупроводников. [41]
Первоначально самые основные полимерные OLED состояли из одного органического слоя. Одним из примеров было первое светоизлучающее устройство, синтезированное Дж. Х. Берроузом и др. , которое включало один слой поли(п-фениленвинилена) . Однако многослойные OLED могут быть изготовлены с двумя или более слоями для повышения эффективности устройства. Помимо проводящих свойств, могут быть выбраны различные материалы, чтобы способствовать инжекции заряда на электродах, обеспечивая более плавный электронный профиль, [42] или блокируя заряд от достижения противоположного электрода и его потери. [43] Многие современные OLED включают в себя простую двухслойную структуру, состоящую из проводящего слоя и излучающего слоя. Разработки в архитектуре OLED в 2011 году улучшили квантовую эффективность (до 19%) за счет использования градиентного гетероперехода. [44] В архитектуре градиентного гетероперехода состав материалов для переноса дырок и электронов непрерывно изменяется в пределах излучающего слоя с легирующим эмиттером. Архитектура градиентного гетероперехода объединяет преимущества обеих традиционных архитектур, улучшая инжекцию заряда и одновременно балансируя перенос заряда в области излучения. [45]
Во время работы напряжение подается на OLED таким образом, чтобы анод был положительным по отношению к катоду. Аноды выбираются на основе качества их оптической прозрачности, электропроводности и химической стабильности. [46] Ток электронов протекает через устройство от катода к аноду, поскольку электроны инжектируются в LUMO органического слоя на катоде и выводятся из HOMO на аноде. Этот последний процесс можно также описать как инжектирование электронных дырок в HOMO. Электростатические силы притягивают электроны и дырки друг к другу, и они рекомбинируют, образуя экситон , связанное состояние электрона и дырки. Это происходит ближе к части слоя переноса электронов излучающего слоя, поскольку в органических полупроводниках дырки, как правило, более подвижны , чем электроны. [ требуется цитата ] Распад этого возбужденного состояния приводит к релаксации энергетических уровней электрона, сопровождающейся испусканием излучения , частота которого находится в видимой области . Частота этого излучения зависит от ширины запрещенной зоны материала, в данном случае от разницы в энергии между HOMO и LUMO.
Поскольку электроны и дырки являются фермионами с полуцелым спином , экситон может находиться либо в синглетном , либо в триплетном состоянии в зависимости от того, как были объединены спины электрона и дырки. Статистически для каждого синглетного экситона будет образовано три триплетных экситона. Распад из триплетных состояний ( фосфоресценция ) запрещен по спину, что увеличивает временные рамки перехода и ограничивает внутреннюю эффективность флуоресцентных устройств. Фосфоресцентные органические светодиоды используют спин-орбитальные взаимодействия для облегчения интерсистемного перехода между синглетными и триплетными состояниями, таким образом получая излучение как из синглетных, так и из триплетных состояний и улучшая внутреннюю эффективность.
Оксид индия и олова (ITO) обычно используется в качестве анодного материала. Он прозрачен для видимого света и имеет высокую работу выхода , что способствует инжекции дырок в уровень HOMO органического слоя. Обычно добавляется второй проводящий (инжекционный) слой, который может состоять из PEDOT:PSS , [47], поскольку уровень HOMO этого материала обычно лежит между работой выхода ITO и HOMO других обычно используемых полимеров, что снижает энергетические барьеры для инжекции дырок. Такие металлы, как барий и кальций, часто используются для катода, поскольку они имеют низкую работу выхода , что способствует инжекции электронов в LUMO органического слоя. [48] Такие металлы являются реактивными, поэтому для них требуется защитный слой из алюминия , чтобы избежать деградации. Два вторичных преимущества алюминиевого защитного слоя включают в себя надежность электрических контактов и обратное отражение излучаемого света в прозрачный слой ITO.
Экспериментальные исследования доказали, что свойства анода, в частности топография интерфейса анод/дырочный транспортный слой (HTL), играют важную роль в эффективности, производительности и сроке службы органических светодиодов. Несовершенства поверхности анода снижают адгезию интерфейса анод-органическая пленка, увеличивают электрическое сопротивление и допускают более частое образование неэмиссионных темных пятен в материале OLED, что отрицательно влияет на срок службы. Механизмы снижения шероховатости анода для подложек ITO/стекла включают использование тонких пленок и самоорганизующихся монослоев. Кроме того, рассматриваются альтернативные подложки и материалы анода для повышения производительности и срока службы OLED. Возможные примеры включают монокристаллические сапфировые подложки, обработанные золотыми (Au) пленочными анодами, что обеспечивает более низкие рабочие функции, рабочие напряжения, значения электрического сопротивления и увеличивает срок службы OLED. [49]
Устройства с одним носителем обычно используются для изучения кинетики и механизмов переноса заряда органического материала и могут быть полезны при попытке изучения процессов передачи энергии. Поскольку ток через устройство состоит только из одного типа носителей заряда, либо электронов, либо дырок, рекомбинация не происходит, и свет не излучается. Например, устройства только с электронами можно получить, заменив ITO металлом с более низкой рабочей функцией, что увеличивает энергетический барьер инжекции дырок. Аналогично, устройства только с дырками можно изготовить, используя катод, сделанный исключительно из алюминия, что приведет к слишком большому энергетическому барьеру для эффективной инжекции электронов. [50] [51] [52]
Сбалансированная инжекция и передача заряда необходимы для получения высокой внутренней эффективности, чистого излучения слоя яркости без загрязненного излучения от слоев переноса заряда и высокой стабильности. Обычный способ сбалансировать заряд — это оптимизация толщины слоев переноса заряда, но его трудно контролировать. Другой способ — использование эксиплекса. Эксиплекс образуется между боковыми цепями, транспортирующими дырки (p-типа) и переносящими электроны (n-типа), для локализации пар электрон-дырка. Затем энергия передается люминофору и обеспечивает высокую эффективность. Примером использования эксиплекса является прививка боковых звеньев оксадиазола и карбазола в основной цепи красного сополимера, легированного дикетопирролопирролом, показывающая улучшенную внешнюю квантовую эффективность и чистоту цвета в неоптимизированном OLED. [53]
Органические электролюминесцентные материалы с малыми молекулами обладают преимуществами широкого разнообразия, простоты очистки и сильных химических модификаций. Для того чтобы заставить люминесцентные материалы излучать свет по мере необходимости, в конструкцию молекулярной структуры обычно вводятся некоторые хромофоры или ненасыщенные группы, такие как алкеновые связи и бензольные кольца, чтобы изменить размер диапазона сопряжения материала, так что фотофизические свойства материала изменяются. В общем, чем больше диапазон системы сопряжения π-электронов, тем длиннее длина волны света, излучаемого материалом. Например, с увеличением числа бензольных колец пик флуоресцентного излучения бензола , нафталина , антрацена [ 54 ] и бутила постепенно смещается в красную сторону с 283 нм до 480 нм. Обычные органические электролюминесцентные материалы с малыми молекулами включают алюминиевые комплексы, антрацены , производные бифенилацетиленарила, производные кумарина, [55] и различные флуорохромы. Эффективные OLED с использованием малых молекул были впервые разработаны Чингом В. Тангом и др. [56] в Eastman Kodak . Термин OLED традиционно относится именно к этому типу устройств, хотя термин SM-OLED также используется. [41]
Молекулы, обычно используемые в OLED, включают металлоорганические хелаты (например, Alq 3 , используемый в органическом светоизлучающем устройстве, о котором сообщили Танг и др. ), флуоресцентные и фосфоресцентные красители и сопряженные дендримеры . Ряд материалов используются из-за их свойств переноса заряда, например, трифениламин и его производные обычно используются в качестве материалов для слоев переноса дырок. [57] Флуоресцентные красители могут быть выбраны для получения излучения света на разных длинах волн, и часто используются такие соединения, как производные перилена , рубрена и хинакридона . [58] Alq 3 использовался в качестве зеленого излучателя, материала для переноса электронов и в качестве хозяина для желтых и красных излучающих красителей.
Из-за структурной гибкости электролюминесцентных материалов с малыми молекулами тонкие пленки могут быть получены методом вакуумного осаждения из паровой фазы, что является более дорогим и имеет ограниченное применение для устройств большой площади. Однако система вакуумного покрытия может сделать весь процесс от выращивания пленки до подготовки OLED-устройства в контролируемой и полной рабочей среде, помогая получать однородные и стабильные пленки, тем самым гарантируя окончательное изготовление высокопроизводительных OLED-устройств. Однако органические красители с малыми молекулами склонны к тушению флуоресценции [59] в твердом состоянии, что приводит к снижению эффективности люминесценции. Легированные OLED-устройства также склонны к кристаллизации, что снижает люминесценцию и эффективность устройств. Поэтому разработка устройств на основе электролюминесцентных материалов с малыми молекулами ограничена высокими производственными затратами, плохой стабильностью, коротким сроком службы и другими недостатками. Было продемонстрировано когерентное излучение от лазерного легированного красителем тандемного SM-OLED-устройства, возбуждаемого в импульсном режиме. [60] Излучение практически дифракционно ограничено, а его спектральная ширина близка к спектральной ширине широкополосных лазеров на красителях. [61]
Исследователи сообщают о люминесценции от одной полимерной молекулы, представляющей собой наименьшее возможное органическое светодиодное (OLED) устройство. [62] Ученые смогут оптимизировать вещества для получения более мощного светового излучения. Наконец, эта работа является первым шагом на пути к созданию компонентов размером с молекулу, которые сочетают электронные и оптические свойства. Подобные компоненты могли бы стать основой молекулярного компьютера. [63]
Полимерные светодиоды (PLED, P-OLED), также светоизлучающие полимеры (LEP), содержат электролюминесцентный проводящий полимер , который излучает свет при подключении к внешнему напряжению. Они используются в качестве тонкой пленки для полноспектральных цветных дисплеев. Полимерные OLED довольно эффективны и требуют относительно небольшого количества энергии для производимого количества света.
Вакуумное осаждение не является подходящим методом для формирования тонких пленок полимеров. Если полимерные пленки OLED изготавливаются методом вакуумного осаждения из паровой фазы, элементы цепи будут обрезаны, а исходные фотофизические свойства будут нарушены. Однако полимеры можно обрабатывать в растворе, а центрифугирование является распространенным методом осаждения тонких полимерных пленок. Этот метод больше подходит для формирования пленок большой площади, чем термическое испарение. Вакуум не требуется, и эмиссионные материалы также могут быть нанесены на подложку с помощью технологии, полученной из коммерческой струйной печати. [64] [65] Однако, поскольку нанесение последующих слоев имеет тенденцию растворять уже имеющиеся, формирование многослойных структур затруднено с помощью этих методов. Металлический катод все еще может нуждаться в осаждении путем термического испарения в вакууме. Альтернативным методом вакуумного осаждения является осаждение пленки Ленгмюра-Блоджетт .
Типичные полимеры, используемые в дисплеях PLED, включают производные поли( п -фениленвинилена) и полифлуорена . Замещение боковых цепей на полимерной основе может определять цвет излучаемого света [66] или стабильность и растворимость полимера для производительности и простоты обработки. [67] В то время как незамещенный поли(п-фениленвинилен) (PPV) обычно нерастворим, ряд PPV и связанных с ними поли(нафталинвиниленов) (PNV), которые растворимы в органических растворителях или воде, были получены с помощью метатезисной полимеризации с раскрытием кольца . [68] [69] [70] Эти водорастворимые полимеры или сопряженные полиэлектролиты (CPE) также могут использоваться в качестве слоев инжекции отверстий отдельно или в сочетании с наночастицами, такими как графен. [71]
3.svg/1280px-Ir(mppy)3.svg.png)
Фосфоресцентные органические светодиоды используют принцип электрофосфоресценции для высокоэффективного преобразования электрической энергии в OLED в свет, [73] [74] при этом внутренняя квантовая эффективность таких устройств приближается к 100%. [75]
Обычно в качестве основного материала используется полимер, такой как поли( N-винилкарбазол ), к которому в качестве легирующей примеси добавляется металлоорганический комплекс . Комплексы иридия [74] , такие как Ir(mppy) 3 [72], по состоянию на 2004 год были в центре внимания исследований, хотя также использовались комплексы на основе других тяжелых металлов, таких как платина [73] .
Атом тяжелого металла в центре этих комплексов демонстрирует сильную спин-орбитальную связь, облегчая интерсистемный переход между синглетными и триплетными состояниями. При использовании этих фосфоресцирующих материалов как синглетные, так и триплетные экситоны смогут распадаться радиационно, тем самым улучшая внутреннюю квантовую эффективность устройства по сравнению со стандартным OLED, где только синглетные состояния будут способствовать излучению света.
Применение OLED в твердотельном освещении требует достижения высокой яркости с хорошими координатами CIE (для белого излучения). Использование макромолекулярных видов, таких как полиэдральные олигомерные силсесквиоксаны (POSS) в сочетании с использованием фосфоресцентных видов, таких как Ir для печатных OLED, показало яркость до 10 000 кд/м 2 . [76]
Органический светоизлучающий диод с нижней эмиссией (BE-OLED) — это архитектура, которая использовалась в ранних дисплеях AMOLED . Он имел прозрачный анод, изготовленный на стеклянной подложке, и блестящий отражающий катод. Свет излучается из прозрачного анодного направления. Чтобы отразить весь свет в направлении анода, используется относительно толстый металлический катод, такой как алюминий. Для анода типичным выбором был высокопрозрачный оксид индия и олова (ITO) , чтобы излучать как можно больше света. [77] Органические тонкие пленки, включая излучающий слой, который фактически генерирует свет, затем помещаются между анодом ITO и отражающим металлическим катодом. Недостатком структуры с нижней эмиссией является то, что свет должен проходить через схемы управления пикселями, такие как подложка тонкопленочного транзистора (TFT) , а область, из которой может быть извлечен свет, ограничена, а эффективность излучения света снижается.
Альтернативная конфигурация заключается в переключении режима излучения. Отражающий анод и прозрачный (или чаще полупрозрачный) катод используются таким образом, чтобы свет излучался со стороны катода, и эта конфигурация называется OLED с верхней эмиссией (TE-OLED). В отличие от BEOLED, где анод изготовлен из прозрачного проводящего ITO, на этот раз катод должен быть прозрачным, и материал ITO не является идеальным выбором для катода из-за проблемы повреждения из-за процесса распыления. [78] Таким образом, тонкая металлическая пленка, такая как чистое Ag и сплав Mg:Ag, используются для полупрозрачного катода из-за их высокой пропускаемости и высокой проводимости . [79] В отличие от нижней эмиссии, свет извлекается с противоположной стороны при верхней эмиссии без необходимости прохождения через несколько слоев схемы управления. Таким образом, генерируемый свет может быть извлечен более эффективно.
Когда световые волны встречаются, распространяясь по одной и той же среде, происходит интерференция волн . Эта интерференция может быть конструктивной или деструктивной. Иногда желательно, чтобы несколько волн одинаковой частоты суммировались в волну с более высокими амплитудами.
Поскольку оба электрода в TEOLED являются отражающими, внутри диода могут происходить отражения света, и они вызывают более сложные интерференции , чем в BEOLED. В дополнение к двухлучевой интерференции существует многорезонансная интерференция между двумя электродами. Поскольку структура TEOLED похожа на структуру резонатора Фабри-Перо или лазерного резонатора , который содержит два параллельных зеркала, сопоставимых с двумя отражающими электродами), [80] этот эффект особенно силен в TEOLED. Эта двухлучевая интерференция и интерференция Фабри-Перо являются основными факторами, определяющими выходную спектральную интенсивность OLED. Этот оптический эффект называется «эффектом микрополости».
В случае OLED это означает, что полость в TEOLED может быть специально спроектирована для повышения интенсивности светового потока и чистоты цвета с узкой полосой длин волн, не потребляя больше энергии. В TEOLED обычно возникает эффект микрополости, и когда и как ограничить или использовать этот эффект, является обязательным для проектирования устройства. Чтобы соответствовать условиям конструктивной интерференции, применяются различные толщины слоев в соответствии с резонансной длиной волны этого конкретного цвета. Условия толщины тщательно проектируются и проектируются в соответствии с пиковыми резонансными длинами волн излучения светодиодов синего (460 нм), зеленого (530 нм) и красного (610 нм) цветов. Эта технология значительно повышает эффективность излучения света OLED и позволяет достичь более широкой цветовой гаммы благодаря высокой чистоте цвета.
В «методе белого + цветного фильтра» красные, зеленые и синие излучения получаются из одних и тех же светодиодов белого света с использованием разных цветных фильтров. [81] При этом методе материалы OLED производят белый свет, который затем фильтруется для получения желаемых цветов RGB. Этот метод устраняет необходимость в нанесении трех различных органических излучающих материалов, поэтому для получения белого света используется только один вид материала OLED. Он также устраняет неравномерную скорость деградации синих пикселей по сравнению с красными и зелеными пикселями. Недостатками этого метода являются низкая чистота цвета и контрастность. Кроме того, фильтры поглощают большую часть излучаемого света, требуя, чтобы фоновый белый свет был относительно сильным для компенсации падения яркости, и, таким образом, энергопотребление для таких дисплеев может быть выше.
Цветные фильтры также могут быть реализованы в OLED с нижним и верхним излучением. Добавляя соответствующие цветные фильтры RGB после полупрозрачного катода, можно получить еще более чистые длины волн света. Использование микрополости в OLED с верхним излучением с цветными фильтрами также способствует повышению коэффициента контрастности за счет уменьшения отражения падающего окружающего света. [82] В обычной панели на поверхности панели был установлен круговой поляризатор. Хотя он был предусмотрен для предотвращения отражения окружающего света, он также уменьшал световой поток. При замене этого поляризационного слоя цветными фильтрами интенсивность света не изменяется, и по сути весь отраженный окружающий свет может быть отсечен, что обеспечивает лучшую контрастность на панели дисплея. Это потенциально снижает потребность в более ярких пикселях и может снизить энергопотребление.
Прозрачные OLED используют прозрачные или полупрозрачные контакты на обеих сторонах устройства для создания дисплеев, которые могут быть сделаны как излучающими сверху, так и снизу (прозрачными). TOLED могут значительно улучшить контрастность, что значительно упрощает просмотр дисплеев при ярком солнечном свете. [83] Эту технологию можно использовать в проекционных дисплеях , умных окнах или приложениях дополненной реальности .
Градиентные гетеропереходные OLED постепенно уменьшают соотношение электронных дырок к химическим веществам, транспортирующим электроны. [44] Это приводит к почти удвоению квантовой эффективности существующих OLED.
Сложенные OLED используют архитектуру пикселей, которая складывает красные, зеленые и синие субпиксели друг на друга, а не рядом друг с другом, что приводит к существенному увеличению гаммы и глубины цвета, [84] и значительному сокращению пиксельного зазора. Другие технологии отображения с пикселями RGB (и RGBW), отображаемыми рядом друг с другом, имеют тенденцию к снижению потенциального разрешения.
В отличие от обычного OLED, в котором анод размещается на подложке, инвертированный OLED использует нижний катод, который может быть подключен к стоку n-канального TFT, особенно для недорогой аморфной кремниевой задней панели TFT, полезной при производстве дисплеев AMOLED . [85]
Все OLED-дисплеи (пассивные и активные матрицы) используют ИС драйвера, часто монтируемую с использованием технологии чип-на-стекле (COG) с анизотропной проводящей пленкой . [86]
Наиболее часто используемый метод шаблонизации для органических светоизлучающих дисплеев — это теневая маскировка во время осаждения пленки, [87] также называемый методом «RGB side-by-side» или методом «RGB pixelation». Металлические листы с несколькими отверстиями, изготовленные из материала с низким тепловым расширением, такого как никелевый сплав, помещаются между нагретым источником испарения и подложкой, так что органический или неорганический материал из источника испарения маскируется или блокируется листом от достижения подложки в большинстве мест, поэтому материалы осаждаются только в желаемых местах на подложке, а остальное осаждается и остается на листе. Почти все небольшие OLED-дисплеи для смартфонов были изготовлены с использованием этого метода. В этом процессе используются тонкие металлические маски (FMM), изготовленные методом фотохимической обработки , напоминающие старые теневые маски ЭЛТ . Плотность точек маски будет определять плотность пикселей готового дисплея. [88] Тонкие гибридные маски (FHM) легче FFM, что снижает изгиб, вызванный собственным весом маски, и изготавливаются с использованием процесса гальванопластики. [89] [90] Этот метод требует нагрева электролюминесцентных материалов до 300 °C с использованием термического метода в высоком вакууме 10−5 Па . Кислородометр гарантирует, что кислород не попадет в камеру, так как он может повредить (через окисление) электролюминесцентный материал, который находится в форме порошка. Маска выравнивается с материнской подложкой перед каждым использованием и размещается непосредственно под подложкой. Сборка подложки и маски размещается в верхней части камеры осаждения. [91] После этого наносится электродный слой путем подвергания серебряного и алюминиевого порошка воздействию 1000 °C с помощью электронного луча. [92] Теневые маски обеспечивают высокую плотность пикселей до 2250 DPI (890 точек/см2). Высокая плотность пикселей необходима для гарнитур виртуальной реальности . [93]
Хотя метод теневой маски является зрелой технологией, используемой с самого начала производства OLED, он вызывает много проблем, таких как образование темных пятен из-за контакта маски и подложки или несовпадение рисунка из-за деформации теневой маски. Такое образование дефектов можно считать незначительным, когда размер дисплея небольшой, однако оно вызывает серьезные проблемы при производстве большого дисплея, что приводит к значительной потере выхода продукции. Чтобы обойти такие проблемы, для больших телевизоров использовались устройства белого излучения с 4-субпиксельными цветовыми фильтрами (белый, красный, зеленый и синий). Несмотря на поглощение света цветовым фильтром, современные OLED-телевизоры могут очень хорошо воспроизводить цвет, например 100% NTSC , и в то же время потреблять мало энергии. Это достигается за счет использования спектра излучения с высокой чувствительностью человеческого глаза, специальных цветовых фильтров с низким перекрытием спектра и настройки производительности с учетом статистики цвета. [94] Этот подход также называется методом «Color-by-white».
Существуют и другие типы новых технологий формирования узоров для повышения технологичности OLED. Органические светоизлучающие устройства с возможностью формирования узоров используют электроактивный слой, активируемый светом или теплом. В этот слой включен латентный материал ( PEDOT-TMA ), который после активации становится высокоэффективным в качестве слоя инжекции отверстий. Используя этот процесс, можно изготавливать светоизлучающие устройства с произвольными узорами. [95]
Цветное моделирование может быть выполнено с помощью лазера, например, методом сублимационного переноса под действием излучения (RIST). [96]
Органическая пароструйная печать (OVJP) использует инертный газ-носитель, такой как аргон или азот , для транспортировки испаренных органических молекул (как при осаждении органической паровой фазы). Газ выталкивается через микрометровое сопло или решетку сопел близко к подложке по мере ее перемещения. Это позволяет печатать произвольные многослойные узоры без использования растворителей.
Подобно нанесению материала струйной печатью , струйное травление (IJE) наносит точное количество растворителя на подложку, предназначенную для избирательного растворения материала подложки и создания структуры или рисунка. Струйное травление полимерных слоев в OLED может использоваться для повышения общей эффективности вывода. В OLED свет, производимый из излучающих слоев OLED, частично передается из устройства и частично улавливается внутри устройства за счет полного внутреннего отражения (ПВО). Этот уловленный свет направляется волной вдоль внутренней части устройства, пока не достигнет края, где он рассеивается либо путем поглощения, либо путем испускания. Струйное травление может использоваться для избирательного изменения полимерных слоев структур OLED для снижения общего ПВО и повышения эффективности вывода OLED. По сравнению с не протравленным полимерным слоем структурированный полимерный слой в структуре OLED из процесса IJE помогает снизить ПВО устройства OLED. Растворители IJE обычно являются органическими , а не водными, из-за их некислотной природы и способности эффективно растворять материалы при температурах ниже точки кипения воды. [97]
Трансферная печать — это новая технология для эффективной сборки большого количества параллельных устройств OLED и AMOLED. Она использует преимущества стандартного осаждения металла, фотолитографии и травления для создания меток выравнивания, обычно на стекле или других подложках устройств. Тонкие полимерные адгезивные слои наносятся для повышения устойчивости к частицам и дефектам поверхности. Микромасштабные ИС печатаются методом трансферной печати на клеевой поверхности, а затем запекаются для полного отверждения клеевых слоев. Дополнительный светочувствительный полимерный слой наносится на подложку для учета рельефа, вызванного напечатанными ИС, повторно представляя плоскую поверхность. Фотолитография и травление удаляют некоторые полимерные слои, чтобы открыть проводящие площадки на ИС. После этого анодный слой наносится на объединительную плату устройства для формирования нижнего электрода. Слои OLED наносятся на анодный слой с помощью обычного осаждения из паровой фазы и покрываются слоем проводящего металлического электрода. По состоянию на 2011 год [обновлять]трансферная печать позволяла печатать на целевых подложках размером до 500 мм × 400 мм. Этот предел размера необходимо расширить, чтобы трансферная печать стала обычным процессом изготовления больших OLED/AMOLED-дисплеев. [98]
Были продемонстрированы экспериментальные OLED-дисплеи, использующие обычные методы фотолитографии вместо FMM, что позволяет использовать подложки больших размеров (поскольку это устраняет необходимость в маске, которая должна быть такого же размера, как и подложка) и обеспечивает хороший контроль выхода годного. [99] Visionox объявила об использовании фотолитографии для осаждения эмиссионных материалов OLED. [100]
Для дисплея с высоким разрешением, такого как телевизор, для правильного управления пикселями необходима задняя панель тонкопленочного транзистора (TFT). С 2019 года для коммерческих дисплеев AMOLED широко используется низкотемпературный поликристаллический кремний (LTPS) – TFT . LTPS-TFT имеет вариацию производительности в дисплее, поэтому сообщалось о различных компенсационных схемах. [101] Из-за ограничения размера эксимерного лазера , используемого для LTPS, размер AMOLED был ограничен. Чтобы справиться с препятствием, связанным с размером панели, сообщалось о задних панелях из аморфного кремния/микрокристаллического кремния с демонстрациями прототипов больших дисплеев. [102] Также может использоваться задняя панель из оксида индия-галлия-цинка (IGZO). Большие дисплеи OLED обычно используют вместо этого транзисторы TFT AOS (ампорный оксидный полупроводник), также называемые оксидными TFT [103] , и они обычно основаны на IGZO. [104]
Многие дисплеи AMOLED используют транзисторы LTPO TFT. Эти транзисторы обеспечивают стабильность при низких частотах обновления и переменных частотах обновления, что позволяет использовать энергосберегающие дисплеи, не показывающие визуальных артефактов. [105] [106] [107]
Иной процесс производства OLED-дисплеев имеет ряд преимуществ по сравнению с плоскими панелями, изготовленными по ЖК-технологии.
Самая большая техническая проблема для OLED — ограниченный срок службы органических материалов. В одном техническом отчете 2008 года о панели OLED TV было обнаружено, что после 1000 часов яркость синего цвета ухудшилась на 12%, красного — на 7%, а зеленого — на 8%. [115] В частности, синие OLED в то время имели срок службы около 14 000 часов до половины первоначальной яркости (пять лет при восьми часах в день) при использовании в плоских дисплеях. Это меньше типичного срока службы технологий LCD, LED или PDP ; каждый из них рассчитан примерно на 25 000–40 000 часов до половины яркости в зависимости от производителя и модели. Одной из основных проблем для OLED-дисплеев является образование темных пятен из-за попадания кислорода и влаги, что со временем ухудшает органический материал независимо от того, включен ли дисплей. [116] [117] [118] В 2016 году LG Electronics сообщила об ожидаемом сроке службы в 100 000 часов, что выше 36 000 часов в 2013 году. [119] В докладе Министерства энергетики США показано, что ожидаемый срок службы осветительных приборов OLED уменьшается с увеличением яркости, при этом ожидаемый срок службы составляет 40 000 часов при яркости 25% или 10 000 часов при яркости 100%. [120] [121]
Деградация происходит из-за накопления в эмиссионной зоне центров безызлучательной рекомбинации и гасителей люминесценции. Говорят, что химический распад в полупроводниках происходит в четыре этапа:
Однако некоторые производители дисплеев стремятся увеличить срок службы OLED-дисплеев, продлевая их ожидаемый срок службы по сравнению с ЖК-дисплеями за счет улучшения вывода света, тем самым достигая той же яркости при более низком токе возбуждения. [ 123] [124] В 2007 году были созданы экспериментальные OLED, которые могут поддерживать яркость 400 кд /м 2 в течение более 198 000 часов для зеленых OLED и 62 000 часов для синих OLED. [125] В 2012 году срок службы OLED до половины первоначальной яркости был улучшен до 900 000 часов для красного, 1 450 000 часов для желтого и 400 000 часов для зеленого при первоначальной яркости 1 000 кд/м 2. [ 126] Правильная инкапсуляция имеет решающее значение для продления срока службы OLED-дисплея, поскольку электролюминесцентные материалы, излучающие свет OLED, чувствительны к кислороду и влаге. При воздействии влаги или кислорода электролюминесцентные материалы в OLED деградируют по мере окисления, образуя черные пятна и уменьшая или сжимая область, которая излучает свет, снижая светоотдачу. Это уменьшение может происходить попиксельно. Это также может привести к расслоению электродного слоя, что в конечном итоге приведет к полному выходу панели из строя.
Деградация происходит на три порядка быстрее при воздействии влаги, чем при воздействии кислорода. Инкапсуляция может быть выполнена путем нанесения эпоксидного клея с осушителем [127] , путем ламинирования стеклянного листа эпоксидным клеем и осушителем [128] с последующей вакуумной дегазацией или с помощью тонкопленочной инкапсуляции (TFE), которая представляет собой многослойное покрытие из чередующихся органических и неорганических слоев. Органические слои наносятся с помощью струйной печати, а неорганические слои наносятся с помощью атомно-слоевого осаждения (ALD). Процесс инкапсуляции осуществляется в азотной среде с использованием УФ-отверждаемого клея LOCA , а процессы электролюминесцентного и электродного материала проводятся в высоком вакууме. Процессы инкапсуляции и осаждения материала выполняются одной машиной после нанесения тонкопленочных транзисторов . Транзисторы наносятся в процессе, который является таким же для ЖК-дисплеев. Электролюминесцентные материалы также можно наносить с помощью струйной печати. [129] [130] [131] [92] [132] [127] [133]
Материал OLED, используемый для получения синего света, деградирует гораздо быстрее, чем материалы, используемые для получения других цветов; другими словами, выход синего света уменьшится относительно других цветов света. Это изменение в дифференциальном цветовом выходе изменит цветовой баланс дисплея и будет гораздо более заметным, чем равномерное уменьшение общей яркости. [134] Этого можно частично избежать, отрегулировав цветовой баланс, но для этого могут потребоваться усовершенствованные схемы управления и участие знающего пользователя. Однако чаще производители оптимизируют размер субпикселей R, G и B, чтобы уменьшить плотность тока через субпиксель, чтобы выровнять срок службы при полной яркости. Например, синий субпиксель может быть на 75% больше зеленого субпикселя. Красный субпиксель может быть на 10% больше зеленого.
Улучшения эффективности и срока службы синих OLED имеют жизненно важное значение для успеха OLED в качестве замены для технологии LCD. Значительные исследования были вложены в разработку синих OLED с высокой внешней квантовой эффективностью , а также более глубоким синим цветом. [135] [136] [137]
С 2012 года исследования сосредоточены на органических материалах, демонстрирующих термически активированную задержанную флуоресценцию (TADF), обнаруженную в OPERA Университета Кюсю и CPOS Калифорнийского университета в Санта-Барбаре . TADF позволит создавать стабильные и высокоэффективные растворообрабатываемые (это означает, что органические материалы наслаиваются в растворах, создавая более тонкие слои) синие излучатели с внутренней квантовой эффективностью , достигающей 100%. [138] В начале 2017 года [55] материалы TADF на основе полностью мостиковых акцепторов электронов борного типа на основе кислорода достигли огромного прорыва в своих свойствах. Внешняя квантовая эффективность TADF-OLED для синего и зеленого света достигла 38%, с тонкой полной шириной полумаксимума и высокой чистотой цвета. В 2022 году Хан и др. [139] синтезировали новый люминесцентный материал типа DA, TDBA-Cz, и использовали m-AC-DBNA, синтезированный Мэн и др. в качестве контроля для исследования влияния места замещения карбазольного звена в качестве донора электронов на связанном кислородом трифенилборном акцепторном звене электронов на фотофизические свойства всей молекулы. Было обнаружено, что введение двух карбазольных звеньев в одно и то же бензольное кольцо связанного кислородом трифенилборного акцепторного звена электронов может эффективно подавлять конформационную релаксацию молекулы во время излучательного перехода, что приводит к узкополосному излучению синего света. Кроме того, TDBA-Cz является первым сообщенным синим материалом, достигшим как FWHM до 45 нм, так и максимального EQE 21,4% в нелегированном TADF-OLED.
Ожидается, что синие излучатели TADF появятся на рынке к 2020 году [140] [141] и будут использоваться для дисплеев WOLED с фосфоресцирующими цветными фильтрами, а также для синих OLED-дисплеев с цветными фильтрами на квантовых точках, напечатанными чернилами .
Вода может мгновенно повредить органические материалы дисплеев. Поэтому улучшенные процессы герметизации важны для практического производства. Повреждение водой особенно может ограничить долговечность более гибких дисплеев. [142]
Как технология эмиссионного дисплея, OLED полностью полагаются на преобразование электричества в свет, в отличие от большинства ЖК-дисплеев, которые в некоторой степени являются отражающими. Электронная бумага лидирует по эффективности с ~ 33% отражательной способностью окружающего света, что позволяет использовать дисплей без какого-либо внутреннего источника света. Металлический катод в OLED действует как зеркало, с отражательной способностью, приближающейся к 80%, что приводит к плохой читаемости при ярком окружающем свете, например, на открытом воздухе. Однако при правильном применении кругового поляризатора и антибликовых покрытий диффузное отражение может быть уменьшено до менее 0,1%. При падающем освещении 10 000 фут-кандел (типичное тестовое условие для имитации наружного освещения) это дает приблизительный фотопический контраст 5:1. Однако достижения в технологиях OLED позволяют OLED стать фактически лучше, чем ЖК-дисплеи при ярком солнечном свете. Например, было обнаружено, что дисплей AMOLED в Galaxy S5 превосходит все ЖК-дисплеи на рынке с точки зрения энергопотребления, яркости и отражательной способности. [143]
В то время как OLED будет потреблять около 40% мощности ЖК-дисплея, отображая изображение, которое в основном черное, для большинства изображений он будет потреблять 60–80% мощности ЖК-дисплея. Однако OLED может использовать более 300% мощности для отображения изображения с белым фоном, например документа или веб-сайта. [144] Это может привести к сокращению срока службы батареи в мобильных устройствах при использовании белого фона.
Многие OLED используют широтно-импульсную модуляцию для отображения градаций цвета/яркости. Например, пиксель, которому поручено отображать серый цвет, будет быстро мерцать, создавая едва заметный эффект стробоскопа. [145] Альтернативным способом уменьшения яркости было бы уменьшение мощности дисплея, что исключило бы мерцание экрана в ущерб цветовому балансу , который ухудшается по мере уменьшения яркости. Однако использование градаций ШИМ может быть более вредным для здоровья глаз. [146]
Почти все производители OLED полагаются на оборудование для осаждения материалов, которое производится только несколькими компаниями, [147] наиболее заметной из которых является Canon Tokki , подразделение Canon Inc. Сообщается, что Canon Tokki имеет почти монополию на гигантские вакуумные машины для производства OLED, известные своим размером 100 метров (330 футов). [148] Apple полагалась исключительно на Canon Tokki в своей заявке на внедрение собственных OLED-дисплеев для iPhone, выпущенных в 2017 году. [149] Электролюминесцентные материалы, необходимые для OLED, также производятся несколькими компаниями, некоторые из которых - Merck, Universal Display Corporation и LG Chem. [150] Машины, которые наносят эти материалы, могут работать непрерывно в течение 5-6 дней и могут обрабатывать материнскую подложку за 5 минут. [151]
Технология OLED используется в коммерческих приложениях, таких как дисплеи для мобильных телефонов и портативных цифровых медиаплееров , автомобильных радиоприемников и цифровых камер , а также в освещении. [152] Такие портативные дисплеи предпочитают высокую светоотдачу OLED для удобства чтения при солнечном свете и их низкого энергопотребления. Портативные дисплеи также используются с перерывами, поэтому более короткий срок службы органических дисплеев не является проблемой. Были изготовлены прототипы гибких и сворачиваемых дисплеев, которые используют уникальные характеристики OLED. Также разрабатываются приложения для гибких вывесок и освещения. [153] Освещение OLED имеет несколько преимуществ по сравнению со светодиодным освещением, такие как более высокое качество освещения, более рассеянный источник света и формы панелей. [152] Philips Lighting сделала образцы освещения OLED под торговой маркой «Lumiblade» доступными в Интернете [154] , а Novaled AG, базирующаяся в Дрездене, Германия, представила линейку настольных ламп OLED под названием «Victory» в сентябре 2011 года. [155]
Nokia представила мобильные телефоны OLED, включая N85 и N86 8MP , оба из которых оснащены AMOLED-дисплеем. OLED также использовались в большинстве цветных сотовых телефонов Motorola и Samsung , а также в некоторых моделях HTC , LG и Sony Ericsson . [156] Технология OLED также может быть найдена в цифровых медиаплеерах, таких как Creative ZEN V , iriver clix , Zune HD и Sony Walkman X Series .
Смартфоны Google и HTC Nexus One оснащены экраном AMOLED, как и телефоны HTC Desire и Legend . Однако из-за нехватки поставок дисплеев производства Samsung некоторые модели HTC в будущем будут использовать дисплеи SLCD от Sony, [157] в то время как смартфоны Google и Samsung Nexus S в некоторых странах будут использовать «Super Clear LCD». [158]
OLED-дисплеи использовались в часах Fossil (JR-9465) и Diesel (DZ-7086). Другие производители OLED-панелей включают Anwell Technologies Limited (Гонконг), [159] AU Optronics (Тайвань), [160] Chimei Innolux Corporation (Тайвань), [161] LG (Корея), [162] и другие. [163]
DuPont заявила в пресс-релизе в мае 2010 года, что они могут производить 50-дюймовый OLED-телевизор за две минуты с новой технологией печати. Если это можно будет масштабировать с точки зрения производства, то общая стоимость OLED-телевизоров значительно снизится. DuPont также заявляет, что OLED-телевизоры, изготовленные с использованием этой менее дорогой технологии, могут прослужить до 15 лет, если их оставить включенными на обычный восьмичасовой рабочий день. [164] [165]
Использование OLED может быть предметом патентов, принадлежащих Universal Display Corporation , Eastman Kodak , DuPont , General Electric , Royal Philips Electronics , многочисленным университетам и другим. [166] К 2008 году тысячи патентов, связанных с OLED, поступили от крупных корпораций и небольших технологических компаний. [41]
Гибкие OLED- дисплеи использовались производителями для создания изогнутых дисплеев, таких как Galaxy S7 Edge, но они не использовались в устройствах, которые пользователи могли бы сгибать. [167] Samsung продемонстрировала выдвижной дисплей в 2016 году. [168]
31 октября 2018 года китайская компания по производству электроники Royole представила первый в мире складной телефон с гибким OLED-дисплеем. [169] 20 февраля 2019 года Samsung анонсировала Samsung Galaxy Fold со складным OLED-дисплеем от Samsung Display, своей дочерней компании с контрольным пакетом акций. [170] 25 февраля 2019 года на выставке MWC 2019 компания Huawei анонсировала Huawei Mate X со складным OLED-дисплеем от BOE . [171] [172]
В 2010-х годах также широкое распространение получила технология отслеживания линии пикселя (TGP), которая перемещает схему управления с границ дисплея в пространство между пикселями дисплея, что позволяет использовать узкие рамки. [173]
В 2023 году немецкий стартап Inuru объявил о начале производства недорогих OLED-дисплеев с печатью для упаковки и модных приложений. [174]
Текстиль, включающий OLED, является инновацией в мире моды и предлагает способ интеграции освещения, чтобы вывести инертные объекты на совершенно новый уровень моды. Надежда состоит в том, чтобы объединить комфорт и низкую стоимость текстильных изделий со свойствами OLED в освещении и низком потреблении энергии. Хотя этот сценарий освещенной одежды весьма правдоподобен, проблемы все еще являются препятствием. Некоторые проблемы включают: срок службы OLED, жесткость гибких фольгированных подложек и отсутствие исследований в области создания большего количества тканей, подобных фотонным тканям. [175]
Число автопроизводителей, использующих OLED, по-прежнему невелико и ограничивается высококлассным рынком. Например, Lexus RX 2010 года выпуска оснащен OLED-дисплеем вместо дисплея на тонкопленочных транзисторах (TFT-LCD).
Японский производитель Pioneer Electronic Corporation выпустил первые автомобильные стереосистемы с монохромным OLED-дисплеем, который также стал первым в мире OLED-продуктом. [176] Aston Martin DB9 оснащался первым в мире автомобильным OLED-дисплеем, [177] который был произведен Yazaki , [178] за ним последовали Jeep Grand Cherokee 2004 года и Chevrolet Corvette C6. [179] Hyundai Sonata и Kia Soul EV 2015 года используют 3,5-дюймовый белый PMOLED-дисплей.
К 2004 году Samsung Display, дочерняя компания крупнейшего южнокорейского конгломерата и бывшее совместное предприятие Samsung- NEC , была крупнейшим в мире производителем OLED, выпуская 40% OLED-дисплеев, произведенных в мире, [180] и по состоянию на 2010 год имела 98% доли мирового рынка AMOLED . [181] Компания является мировым лидером в индустрии OLED, получив 100,2 млн долларов из общего дохода в 475 млн долларов на мировом рынке OLED в 2006 году. [182] По состоянию на 2006 год она имела более 600 американских патентов и более 2800 международных патентов, что делает ее крупнейшим владельцем патентов на технологию AMOLED. [182]
Samsung SDI анонсировала в 2005 году самый большой в мире OLED-телевизор на тот момент с диагональю 21 дюйм (53 см). [183] Этот OLED-телевизор имел самое высокое разрешение на тот момент — 6,22 миллиона пикселей. Кроме того, компания приняла технологию на основе активной матрицы для ее низкого энергопотребления и высокого разрешения. Это было превышено в январе 2008 года, когда Samsung продемонстрировала самый большой и тонкий в мире OLED-телевизор на тот момент с диагональю 31 дюйм (78 см) и толщиной 4,3 мм. [184]
В мае 2008 года Samsung представила концепцию ультратонкого 12,1- дюймового (30 см) OLED-дисплея для ноутбука с разрешением 1280×768 и бесконечным коэффициентом контрастности. [185] По словам Ву Джонга Ли, вице-президента отдела маркетинга мобильных дисплеев в Samsung SDI, компания ожидала, что OLED-дисплеи будут использоваться в ноутбуках уже в 2010 году. [186]
В октябре 2008 года Samsung продемонстрировала самый тонкий в мире OLED-дисплей, а также первый, который был «раскладывающимся» и гибким. [187] Его толщина составляет всего 0,05 мм (тоньше бумаги), однако сотрудник Samsung сказал, что «технически возможно сделать панель тоньше». [187] Чтобы достичь такой толщины, Samsung протравила OLED-панель, которая использует обычную стеклянную подложку. Схема управления была сформирована низкотемпературными поликремниевыми TFT. Также были использованы низкомолекулярные органические EL-материалы. Количество пикселей дисплея составляет 480 × 272. Коэффициент контрастности составляет 100 000:1, а яркость — 200 кд/м2 . Диапазон воспроизведения цвета составляет 100% от стандарта NTSC.
На выставке бытовой электроники (CES) в январе 2010 года компания Samsung продемонстрировала ноутбук с большим прозрачным OLED-дисплеем, прозрачность которого достигала 40% [188] , а также анимированный OLED-дисплей в удостоверении личности с фотографией. [189]
Смартфоны Samsung AMOLED 2010 года использовали свою торговую марку Super AMOLED , а Samsung Wave S8500 и Samsung i9000 Galaxy S были выпущены в июне 2010 года. В январе 2011 года Samsung анонсировала свои дисплеи Super AMOLED Plus, которые предлагают несколько преимуществ по сравнению со старыми дисплеями Super AMOLED : настоящую полосатую матрицу (на 50% больше субпикселей), более тонкий форм-фактор, более яркое изображение и снижение энергопотребления на 18%. [190]
На выставке CES 2012 компания Samsung представила первый 55-дюймовый телевизор с экраном, использующим технологию Super OLED. [191]
8 января 2013 года на выставке CES компания Samsung представила уникальный изогнутый телевизор 4K Ultra S9 OLED, который, по их словам, обеспечивает зрителям «опыт, подобный IMAX». [192]
13 августа 2013 года компания Samsung объявила о выпуске в США 55-дюймового изогнутого OLED-телевизора (модель KN55S9C) по цене 8999,99 долларов США. [193]
6 сентября 2013 года Samsung совместно с John Lewis выпустила в Великобритании 55-дюймовый изогнутый OLED-телевизор (модель KE55S9C). [194]
Samsung представила смартфон Galaxy Round на корейском рынке в октябре 2013 года. Устройство оснащено экраном 1080p размером 5,7 дюйма (14 см), который изгибается по вертикальной оси в закругленном корпусе. Корпорация продвигала следующие преимущества: Новая функция под названием «Round Interaction», которая позволяет пользователям просматривать информацию, наклоняя телефон на плоской поверхности с выключенным экраном, и ощущение одного непрерывного перехода, когда пользователь переключается между домашними экранами. [195]
В 2022 году Samsung выпустила новую линейку OLED-телевизоров, впервые с 2013 года использующих эту технологию. [196] Они используют панели, полученные от Samsung Display; ранее LG была единственным производителем OLED-панелей для телевизоров. [197]
Sony CLIÉ PEG-VZ90 был выпущен в 2004 году, став первым КПК с OLED-экраном. [198] Другие продукты Sony с OLED-экранами включают портативный мини-дисковый рекордер MZ-RH1, выпущенный в 2006 году [199] и Walkman X Series . [200]
На выставке потребительской электроники (CES) в Лас-Вегасе в 2007 году компания Sony представила 11-дюймовую (28 см) (разрешение 960×540) и 27-дюймовую (69 см) модели OLED-телевизоров с разрешением Full HD и разрешением 1920×1080 . [201] Обе модели заявляли о коэффициенте контрастности 1 000 000:1 и общей толщине (включая рамки) 5 мм. В апреле 2007 года компания Sony объявила, что будет производить 1000 11-дюймовых (28 см) OLED-телевизоров в месяц для целей тестирования рынка. [202] 1 октября 2007 года компания Sony объявила, что 11-дюймовая (28 см) модель XEL-1 стала первым коммерческим OLED-телевизором [36] , и она была выпущена в Японии в декабре 2007 года. [203]
В мае 2007 года Sony публично представила видеоролик с 2,5-дюймовым (6,4 см) гибким OLED-экраном толщиной всего 0,3 миллиметра. [204] На выставке Display 2008 Sony продемонстрировала 3,5-дюймовый (8,9 см) дисплей толщиной 0,2 мм с разрешением 320×200 пикселей и 11-дюймовый (28 см) дисплей толщиной 0,3 мм с разрешением 960×540 пикселей, что в десять раз меньше толщины XEL-1. [205] [206]
В июле 2008 года японское правительство заявило, что будет финансировать совместный проект ведущих фирм, который должен разработать ключевую технологию для производства больших энергосберегающих органических дисплеев. В проекте участвуют одна лаборатория и 10 компаний, включая Sony Corp. NEDO заявило, что проект направлен на разработку основной технологии для массового производства 40- дюймовых или более OLED-дисплеев в конце 2010-х годов. [207]
В октябре 2008 года Sony опубликовала результаты исследования, проведенного совместно с Институтом Макса Планка, по возможности выпускать на рынок сгибающиеся дисплеи, которые могли бы заменить жесткие ЖК-дисплеи и плазменные экраны. В конечном итоге, сгибающиеся, прозрачные дисплеи можно было бы складывать для создания 3D-изображений с гораздо большими коэффициентами контрастности и углами обзора , чем у существующих продуктов. [208]
Sony представила прототип OLED 3D-телевизора с экраном диагональю 24,5 дюйма (62 см) на выставке бытовой электроники в январе 2010 года. [209]
В январе 2011 года Sony объявила, что портативная игровая консоль PlayStation Vita (преемница PSP ) будет оснащена 5-дюймовым OLED-экраном. [210]
17 февраля 2011 года компания Sony анонсировала свой 25-дюймовый (63,5 см) профессиональный референсный OLED-монитор, предназначенный для рынка киноиндустрии и постпроизводства драм высокого класса. [211]
25 июня 2012 года Sony и Panasonic объявили о создании совместного предприятия для создания недорогих массовых OLED-телевизоров к 2013 году. [212] Sony представила свой первый OLED-телевизор с 2008 года на выставке CES 2017 под названием A1E. В 2018 году компания представила еще две модели: одну на выставке CES 2018 под названием A8F и другую — телевизор Master Series под названием A9F. На выставке CES 2019 они представили еще две модели: одну A8G и другую — телевизор Bravia Series под названием A9G. Затем, на выставке CES 2020 , они представили A8H, который фактически был A9G с точки зрения качества изображения, но с некоторыми компромиссами из-за его более низкой стоимости. На том же мероприятии они также представили 48-дюймовую версию A9G, что сделало его самым маленьким OLED-телевизором со времен XEL-1. [213] [214] [215] [216]
9 апреля 2009 года LG приобрела OLED-бизнес Kodak и начала использовать технологию белых OLED. [217] [218] По состоянию на 2010 год LG Electronics выпустила одну модель OLED-телевизора — 15-дюймовый (38 см) 15EL9500 [219] и анонсировала 31-дюймовый (79 см) OLED 3D-телевизор на март 2011 года. [220] 26 декабря 2011 года LG официально анонсировала «самую большую в мире 55-дюймовую (140 см) OLED-панель» и представила ее на выставке CES 2012. [221] В конце 2012 года LG объявляет о запуске OLED-телевизора 55EM9600 в Австралии. [222]
В январе 2015 года LG Display подписала долгосрочное соглашение с Universal Display Corporation на поставку OLED-материалов и право использования их запатентованных OLED-излучателей. [223]
По состоянию на 2022 год LG выпускает самый большой в мире OLED-телевизор с диагональю 97 дюймов. [224] [225]
Lumiotec — первая компания в мире, которая с января 2011 года разрабатывает и продает панели OLED массового производства с такой яркостью и длительным сроком службы. Lumiotec — совместное предприятие Mitsubishi Heavy Industries, ROHM, Toppan Printing и Mitsui & Co. 1 июня 2011 года Mitsubishi Electric установила 6-метровую OLED-«сферу» в Токийском музее науки. [226]
6 января 2011 года технологическая компания Recom Group из Лос-Анджелеса представила первое потребительское приложение OLED с небольшим экраном на выставке бытовой электроники в Лас-Вегасе. Это был 2,8-дюймовый (7 см) OLED-дисплей, используемый в качестве носимого видеоименного тега. [227] На выставке бытовой электроники в 2012 году Recom Group представила первый в мире видеомикрофонный флаг, включающий три 2,8-дюймовых (7 см) OLED-дисплея на стандартном микрофонном флаге вещателя. Видеомикрофонный флаг позволял показывать видеоконтент и рекламу на стандартном микрофонном флаге вещателя. [228]
6 января 2016 года Dell анонсировала OLED-монитор Ultrasharp UP3017Q на выставке бытовой электроники в Лас-Вегасе. [229] Было объявлено, что монитор будет оснащен 30-дюймовой (76 см) 4K UHD OLED-панелью с частотой обновления 120 Гц, временем отклика 0,1 миллисекунды и коэффициентом контрастности 400 000:1. Монитор должен был продаваться по цене 4999 долларов США и выйти в марте 2016 года, всего через несколько месяцев. К концу марта монитор так и не был выпущен на рынок, и Dell не говорила о причинах задержки. В сообщениях говорилось, что Dell отменила выпуск монитора, поскольку компания была недовольна качеством изображения OLED-панели, особенно величиной цветового дрейфа, который она отображала при просмотре монитора с боков. [230] 13 апреля 2017 года Dell наконец выпустила на рынок монитор UP3017Q OLED по цене $3499 (на $1500 меньше первоначальной озвученной цены в $4999 на выставке CES 2016). Помимо снижения цены, монитор имел частоту обновления 60 Гц и коэффициент контрастности 1 000 000:1. По состоянию на июнь 2017 года монитор больше не доступен для покупки на веб-сайте Dell.
Apple начала использовать OLED-панели в своих часах в 2015 году и в своих ноутбуках в 2016 году с введением сенсорной панели OLED для MacBook Pro. [231] В 2017 году Apple объявила о выпуске своего десятого юбилейного iPhone X с собственным оптимизированным OLED-дисплеем, лицензированным у Universal Display Corporation. [232] За исключением линейки iPhone SE , iPhone XR и iPhone 11, все выпущенные с тех пор iPhone также оснащены OLED-дисплеями. В 2024 году Apple анонсировала iPad Pro 7-го поколения , который имел панель «тандем OLED» [233] в попытке увеличить яркость панели.
Третья модель Nintendo Switch , гибридной игровой системы, оснащена OLED-панелью вместо ЖК- панели оригинальной модели. Анонсированная летом 2021 года, она была выпущена 8 октября 2021 года. [ 234]
В 2014 году Mitsubishi Chemical Corporation (MCC), дочерняя компания Mitsubishi Chemical Holdings , разработала OLED-панель со сроком службы 30 000 часов, что вдвое больше, чем у обычных OLED-панелей. [235]
Поиск эффективных материалов OLED широко поддерживается методами моделирования; можно рассчитать важные свойства вычислительным путем, независимо от экспериментальных данных [236] [237] , что делает разработку материалов более дешевой.
18 октября 2018 года Samsung представила свою дорожную карту исследований на форуме Samsung OLED 2018. Она включала Fingerprint on Display (FoD), Under Panel Sensor (UPS), Haptic on Display (HoD) и Sound on Display (SoD). [238]
Различные поставщики также исследуют камеры под OLED (камеры под дисплеем). Согласно IHS Markit, Huawei сотрудничает с BOE , Oppo с China Star Optoelectronics Technology (CSOT), Xiaomi с Visionox. [239]
В 2020 году исследователи из Квинслендского технологического университета (QUT) предложили использовать человеческие волосы , которые являются источником углерода и азота, для создания OLED-дисплеев. [240]
{{cite web}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )