Органические диоды. Органические светодиоды: прорыв в технологии освещения и дисплеев

Что такое органические светодиоды и как они работают. Каковы преимущества OLED перед обычными светодиодами. Почему OLED считаются технологией будущего для дисплеев и освещения. Как создать простейший органический светодиод в домашних условиях. Какие перспективы открываются перед OLED-технологией.

Что такое органические светодиоды и их принцип работы

Органические светодиоды (OLED) представляют собой полупроводниковые устройства, в которых излучающим слоем служат органические соединения. В отличие от обычных светодиодов, где используются неорганические полупроводники, OLED построены на основе органических молекул или полимеров, способных излучать свет при прохождении через них электрического тока.

Принцип работы OLED основан на явлении электролюминесценции органических материалов. При подаче напряжения происходит инжекция электронов и дырок с электродов в органический слой. Рекомбинация этих носителей заряда приводит к образованию возбужденных состояний (экситонов), при релаксации которых испускаются фотоны света.

Основные компоненты OLED

• Анод (прозрачный электрод, часто из оксида индия-олова)
• Дырочно-инжекционный слой
• Дырочно-транспортный слой
• Эмиссионный слой (органический светоизлучающий материал)
• Электронно-транспортный слой
• Катод (металлический электрод, например, из алюминия или кальция)

Какие преимущества дает многослойная структура OLED? Она позволяет оптимизировать процессы инжекции, транспорта и рекомбинации носителей заряда, что повышает эффективность и яркость устройства.

Преимущества OLED перед традиционными светодиодами

Органические светодиоды обладают рядом уникальных свойств, выгодно отличающих их от обычных светодиодов:

• Возможность создания гибких и прозрачных дисплеев
• Высокая контрастность изображения (глубокий черный цвет)
• Широкий угол обзора (до 180 градусов)
• Малое время отклика (микросекунды)
• Низкое энергопотребление
• Возможность изготовления на больших площадях

Почему OLED способны обеспечить более качественное изображение? Каждый пиксель OLED-дисплея является самостоятельным источником света, что позволяет достичь идеальной контрастности и глубокого черного цвета при выключенных пикселях.

Применение OLED в современных устройствах

Органические светодиоды находят все более широкое применение в различных областях электроники и освещения:

• Дисплеи смартфонов и планшетов
• Телевизоры с OLED-экранами
• Носимая электроника (умные часы, фитнес-браслеты)
• Автомобильные панели приборов
• Декоративное и функциональное освещение
• Рекламные дисплеи

Какие факторы способствуют распространению OLED-технологии? Снижение стоимости производства, улучшение характеристик и расширение цветовой гаммы делают OLED все более привлекательными для производителей электроники.

Создание простейшего OLED своими руками

Хотя промышленное производство OLED требует сложного оборудования, можно создать простейший органический светодиод в домашних условиях. Для этого потребуются:

1. Стекло с проводящим покрытием из оксида индия-олова
2. Раствор органического светоизлучающего комплекса (например, [Ru(bpy)3](BF4)2 в поливиниловом спирте)
3. Жидкий сплав галлия и индия для катода
4. Источник питания 4,5 В

Как собрать простейший OLED? Нанесите тонкий слой органического раствора на стекло, высушите его, затем добавьте каплю галлий-индиевого сплава. При подключении к источнику питания вы увидите слабое свечение в месте контакта.

Перспективные направления развития OLED-технологии

Исследования в области органических светодиодов ведутся по нескольким ключевым направлениям:

• Повышение эффективности и долговечности устройств
• Разработка новых органических материалов с улучшенными характеристиками
• Создание гибких и растягиваемых OLED
• Совершенствование технологий массового производства
• Интеграция OLED с другими электронными компонентами

Какие инновации могут произвести революцию в OLED-технологии? Создание эффективных синих излучателей, разработка методов печати OLED-дисплеев и внедрение квантовых точек могут значительно расширить возможности органических светодиодов.

Проблемы и ограничения OLED-технологии

Несмотря на значительный прогресс, OLED-технология все еще сталкивается с рядом проблем:

• Ограниченный срок службы, особенно для синих OLED
• Чувствительность к влаге и кислороду
• Высокая стоимость производства больших панелей
• Возможность выгорания экрана при длительном отображении статичного изображения
• Сложность создания микродисплеев с высоким разрешением

Как решаются эти проблемы? Разработка новых материалов, совершенствование технологий герметизации и оптимизация структуры устройств позволяют постепенно преодолевать существующие ограничения.

Влияние OLED на экологию и энергоэффективность

Органические светодиоды обладают рядом экологических преимуществ:

• Низкое энергопотребление, особенно при отображении темных изображений
• Отсутствие токсичных материалов (в отличие от ртутьсодержащих люминесцентных ламп)
• Возможность создания биоразлагаемых устройств
• Потенциал для использования в органической солнечной энергетике

Как OLED-технология способствует снижению энергопотребления? В OLED-дисплеях каждый пиксель потребляет энергию только когда светится, что особенно эффективно при отображении темных сцен и в режиме ожидания устройств.

Органические светодиоды представляют собой прорывную технологию, открывающую новые возможности в области дисплеев и освещения. Их уникальные свойства, такие как гибкость, прозрачность и высокая эффективность, делают OLED привлекательными для широкого спектра применений. Несмотря на существующие ограничения, активные исследования и разработки в этой области обещают дальнейшее совершенствование характеристик и снижение стоимости OLED-устройств, что способствует их все более широкому распространению в повседневной жизни.

они экологичны и работают лучше обычных

3DNews Технологии и рынок IT. Новости окружающая среда Японские учёные открыли кофейные органич… Самое интересное в обзорах 09.12.2022 [17:55],  Геннадий Детинич Учёные из японского института Advanced Industrial Science and Technology (AIST) выяснили, что добываемая из кофе одноимённая кислота до 100 раз улучшает прохождение тока через некоторые полупроводниковые компоненты. Это улучшает токовые характеристики электроники, а также положительно сказывается на её экологичности. Источник изображения: Pixabay В ходе экспериментов выяснилось, что после обработки натуральной кофейной кислотой электродов органических светодиодов и ячеек органических солнечных элементов они начинали пропускать в 100 раз более сильный ток, чем до обработки. Детальный анализ показал, что кофейная кислота заставляет молекулы материала на поверхности электродов выстраиваться в одну линию — именно это снижает сопротивление току, то есть облегчает перемещение электронов. «Ускорение» тока после обработки электродов из различного материала кофейной кислотой. Источник изображения: AIST Теоретически и практически ничто не мешает обрабатывать электроды электронных компонентов другими соединениями, среди которых есть лучшие по реакции и последствиям обработки. Но из тех соединений, которые сегодня используются в промышленности, они либо достаточно редкие (и поэтому дорогие), либо вредные для окружающей среды. Использование для обработки электродов кофейной кислоты убивает двух зайцев: оно даёт ощутимый эффект и отлично сочетается с повышенными экологическими требованиями. Наконец, плёнка на электродах после обработки кофейной кислотой оказывается высокоустойчивой для воздействия растворителями, которые широко используются при производстве органических светодиодов (дисплеев) и органических солнечных элементов. Проще говоря, растворители в процессе обработки электронных компонентов не наносят вред уже обработанным узлам изделия. Когда эта технология будет внедрена в коммерческое производство, учёные сказать не берутся. Источник: Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER. Материалы по теме Постоянный URL: https://3dnews.ru/1078649/vityagka-iz-kofe-v-100-raz-uluchshaet-tokovie-harakteristiki-svetodiodov-i-solnechnih-paneley Рубрики: Новости Hardware, на острие науки, окружающая среда, разработка и производство электроники, Теги: экология, органический, производство микросхем ← В прошлое В будущее →

Органические светодиоды сделали максимально приятными для глаз — Наука

ТАСС, 23 декабря. Химики и физики из России создали новый тип светильника на базе органических светодиодов (OLED). Он одновременно и яркий, и обладает естественным теплым спектром излучения. Об этом сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ) со ссылкой на публикацию в научном журнале Chemical Communications.

«Мы получили рекордно низкую цветовую температуру светодиода при сохранении достаточной яркости. Более того, мы не использовали металлы платиновой группы, которые в настоящий момент являются стандартом для цветных OLED-дисплеев и световых панелей, а заменили их дешевыми аналогами», — прокомментировал один из авторов работы, сотрудник Физического института РАН Илья Тайдаков.

У светодиодных ламп на базе органических или неорганических светодиодов есть не только плюсы (низкое потребление энергии и относительную долговечность), но и масса минусов — начиная с неестественного спектра и заканчивая токсичностью производства.

Как объясняют ученые, неестественный характер света связан с тем, что современные светодиодные излучатели вырабатывают белый свет двумя путями — смешивая три базовых цвета (красный, синий и зеленый) или же конвертируя излучение синего светодиода в поток белого света, обстреливая им специальное вещество-люминофор.

В результате этого в спектре этих светильников часто возникает избыток синего излучения, неприятный для глаз и предположительно негативно воздействующий на организм человека. По этим причинам ученые и инженеры пытаются заменить их или изобрести более экономичные формы уже существующих типов ламп.

Экспериментируя с различными типами красителей и покрытий, которые могут поглощать и повторно излучать свет, Тайдаков и его коллеги выяснили, как можно ликвидировать часть недостатков, которые присущи современным органическим светодиодным излучателям. Как правило, люминофоры OLED-ламп состоят из двух или трех подобных красок, одна из которых обычно вырабатывает синий свет.

Как отмечает пресс-служба РНФ, российские химики и физики впервые подобрали такую комбинацию из двух типов ароматических углеводородных молекул и соединений алюминия, которая вырабатывает очень мягкий, естественный и при этом яркий желто-зеленый свет. Это связано с тем, что в отличие от других подобных люминофоров сила свечения этой краски не падает слишком быстро по мере сдвига в сторону теплой части спектра.

Это открытие позволило ученым создать на базе этих красителей прототип OLED-лампы, которая излучает естественный свет и при этом остается достаточно мощной. Одно из главных преимуществ подобных светильников — простота конструкции. Они содержат в себе не три-четыре излучающих слоя, как обычные светодиодные лампы, а всего один, причем его свойствами можно гибко управлять, меняя структуру слоя и параметры электропитания.

По своему спектру этот светильник похож на свечу или Солнце, что выгодно отличает его от других типов светодиодных излучателей, который сейчас используются в быту и промышленности. Как надеются ученые, их разработку быстро внедрят в производство OLED-ламп и других приборов на их базе, что сделает их более приятными для глаз, а также более яркими и дешевыми.

Органические светодиоды | Исследовательская группа Бредас

Перейти к основному содержанию

Органические светоизлучающие диоды (OLED) стали крупным игроком в индустрии дисплеев: в 2020 году их рынок достигнет порядка 40 миллиардов долларов, а к 2026 году ожидается его рост более чем на 150 миллиардов долларов.

на основе координационных комплексов с участием атомов тяжелых металлов. Поэтому большое внимание уделяется разработке эффективных чисто органических излучателей.

В обычных флуоресцентных эмиттерах с закрытой электронной структурой, согласно спиновой статистике, рекомбинация электронов и дырок, инжектированных на соответствующие электроды, обычно дает синглетные и триплетные экситоны в соотношении 1:3. Поскольку триплетные экситоны представляют собой темные состояния, которые почти не люминесцируют, с самого начала теряется ¾ подводимой электрической энергии. Чтобы преодолеть 25-процентный предел внутренней квантовой эффективности, налагаемый спиновой статистикой, в настоящее время мы исследуем два класса чисто органических излучателей.

Первый класс использует процесс термически активируемой замедленной флуоресценции (TADF). В таких материалах энергетическое расстояние между низшим синглетным возбужденным состоянием S

1 и низшим триплетным возбужденным состоянием T ₁ (Δ E _ST ) должно быть небольшим (<0,2 эВ), что делает возможным повышающее преобразование из состояния T ₁ в излучающее состояние S ₁ посредством обратного межсистемного кроссинга (RISC). Стабильность и чистота цвета OLED на основе TADF могут быть дополнительно улучшены за счет использования подхода гиперфлуоресценции; здесь молекулы TADF используются в качестве сенсибилизаторов, которые передают свою энергию возбуждения посредством энергетического процесса резонанса Фёрстера флуорофорам, выбранным из-за их высоких скоростей радиационного распада и узкого спектра излучения.

Изображение

Недавно, параллельно с излучателями TADF, появилась новая парадигма дизайна, основанная на органических излучателях, несущих нейтральные радикалы, которые имеют электронную структуру с открытой оболочкой. Первое возбужденное электронное состояние в этих радикалах представляет собой спин-дублетное состояние (D1), которое имеет ту же спиновую конфигурацию, что и основное состояние (D0). Такая электронная структура, естественно, предлагает способ обойти загадку синглет-триплет эмиттеров с закрытой оболочкой. В общем, мы используем комбинацию моделирования молекулярной динамики, квантово-химических расчетов и теоретического моделирования, чтобы исследовать, как химическая структура излучателей и состав активного слоя влияют на оптоэлектронные характеристики.

Изображение

 

1. Э. Чо, Л. Лю, В. Коропчану, Дж. Л. Бредас, «Влияние вторичных донорных единиц на свойства возбужденного состояния и эффективность термически активированной замедленной флуоресценции (TADF) эмиттеров пентакарбазол-бензонитрила», Журнал химической физики, 153,144708 (2020).

2. H. Abroshan, Y. Zhang, X. Zhang, C. Fuentes-Hernandez, S. Barlow, V. Coropceanu, S.R. Marder, B. Kippelen, J.L. Brédas, «Термически активируемая задержанная флуоресцентная сенсибилизация для высокоэффективных синих флуоресцентных излучателей» , Расширенные функциональные материалы, 2005 898 (2020).

3. Х. Аброшан, В. Коропчану, Дж. Л. Бредас, «Излучательная и безызлучательная рекомбинация в органических радикальных излучателях: влияние взаимодействия гость-хозяин», Advanced Functional Materials, 30, 2002916 (2020).

4. Л. С. Цуй, А. Дж. Джиллетт, С. Ф. Чжан, Х. Е, Ю. Лю, X. К. Чен, З. С. Линь, Э. В. Эванс, В. К. Майерс, Т. К. Ронсон, Х. Наканотани, С. Рейнеке, Дж. Л. Бредас, К. Адачи и Р. Х. Френд , «Быстрый спин-флип обеспечивает эффективную и стабильную органическую электролюминесценцию из состояний с переносом заряда», Nature Photonics  14, 636–642, (2020).

5. Х. Аброшан, В. Коропчану и Дж. Л. Бредас, «Эмиссия на основе гиперфлуоресценции в чисто органических материалах: подавление механизмов потери энергии посредством выравнивания триплетных возбужденных состояний», ACS Materials Letters 2, 1412-1418 (2020).

6. Э. Чо, В. Коропчану и Дж. Л. Бредас, «Органические нейтральные радикальные эмиттеры: влияние химического замещения и гибридизации электронного состояния на люминесцентные свойства», Журнал Американского химического общества  142, 1782–1786 (2020).

7. H. Noda, XK Chen, H. Nakanotani, T. Hosokai, M. Miyajima, N. Notsuka, Y. Kashima, JL Bredas and C. Adachi, «Критическая роль промежуточных электронных состояний для процессов с переворотом спина в заряд- органические молекулы переносного типа с несколькими донорами и акцепторами», Nature Materials , 18, 1084-1090 (2019).

8. H. Q. Guo, Q. M. Peng, X. K. Chen, Q. Y. Gu, S. Z. Dong, E. W. Evans, A. J. Gillett, X. Ai, M. Zhang, D. Creddington, V. Coropceanu, R. H. Friend, J. L. Bredas and F. Li, “High стабильность и эффективность люминесценции в донорно-акцепторных нейтральных радикалах, не соответствующих принципу Ауфбау»,  Материалы природы    18, 977-984 (2019).

Получение органического светоизлучающего диода – MRSEC Education Group – UW–Madison

Координационный комплекс между прозрачным электродом из оксида олова и активным металлическим электродом излучает свет при подаче внешнего напряжения.

Безопасность:

• Использовать защитные очки
• Рекомендованные химические перчатки

Процедура:

Шаг 1. Определите проводящую сторону куска стекла с покрытием из оксида олова, используя мультиметр для измерения сопротивления. Проводящая сторона будет иметь конечное сопротивление 20-30 Ом.

Шаг 2. С помощью двухстороннего скотча прикрепите стекло из оксида индия-олова к проводнику. Удалите отпечатки пальцев со стекла.

Шаг 3. С помощью ватного аппликатора нанесите слой раствора поливинилового спирта [Ru(bpy)3](BF4)2 на центр стекла. Окружите кожухом от брызг и вращайте со скоростью 2500 об/мин в течение 10-60 секунд. Повторите в общей сложности 3-4 нанесения, стараясь оставить некоторые непокрытые участки по краям. Вместо того, чтобы использовать предпочтительный метод центрифугирования на предыдущем шаге, используйте двойную липкую ленту, чтобы прикрепить стекло из оксида индия-олова проводящей стороной к столешнице. С помощью ватного аппликатора нанесите очень тонкий слой раствора поливинилового спирта [Ru(bpy)3](BF4)2 на стекло. Выпарить с помощью тепловой пушки или фена. Повторите в общей сложности 3-4 нанесения, стараясь оставить некоторые непокрытые участки по краям.

Шаг 4. Получите маску-шаблон или подготовьте ее, используя кусок клейкой ленты на алюминиевой фольге и пробивая отверстие диаметром 2/16 дюйма.

Шаг 5. Удалите всю оставшуюся влагу в пленке, нагревая ее в течение не менее минуты в фене. Основная причина отказа OLED-светодиодов — недостаточное высыхание полимерного слоя перед добавлением слоя активного металла.

Шаг 6. С помощью ватной палочки прокрасьте шаблон жидким сплавом галлия и индия, чтобы добавить активный металлический электрод. (Эта эвтектическая смесь 75,5 % галлия и 24,5 % индия представляет собой жидкость при температуре выше 16,5 градусов по Цельсию.)

Шаг 7. Прикоснитесь положительным проводом источника питания 4,5 В к стеклу с оксидом олова (не к покрытию [Ru(bpy)3](BF4)2). Аккуратно коснитесь отрицательного вывода галлий-индия. Во влажной среде срок службы значительно сокращается.

Вид из-под индиево-оловооксидного стекла (слева) или вид в темноте (справа).

Схема диодная? Что произойдет, если вы поменяете полярность приложенного напряжения?

Выводы

1. Сколько слоев раствора поливинилового спирта [Ru(bpy)3](BF4)2 Вы нанесли? Что бы вы порекомендовали?
2. Сколько галлий-индиевых точек вы нанесли? Сколько из них можно заставить излучать свет?
3. Как схема производит свет? Нарисуйте диаграмму уровней энергии, чтобы проиллюстрировать свой ответ.