đề tài : Công nghệ oled

Những thiết bị này sẽ có thể thành hiện thực trong tương lai gần với sự trợ giúp của một công nghệ gọi là OLED Organic Light-Emitting Diode: Diode phát sáng hữu cơ.. OLED có thể tạo ra n

Giới thiệu về công nghệ OLED

Trong thời gian gần đây công nghệ hiển thị OLED đang được nhắc đến nhiều và nổi lên như là một ứng cử viên sáng giá thay thế cho công nghệ LCD Trong loạt bài viết này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về OLED cũng như các ứng dụng của nó trong hiện tại và tương lai

Bạn hãy tưởng tượng có một chiếc TV độ phân giải cao với kích thước 80 inch nhưng chỉ dày vài

mm, tiêu thụ ít điện năng hơn hầu hết các loại TV có trên thị trường hiện nay, và có thể cuộn lại được khi bạn không dùng nó Nếu như bạn có một màn hiển thị (head-up display) trên kính chiếc

xe ô tô của bạn và còn cả những màn hình được tích hợp vào quần áo của bạn? Những thiết bị

này sẽ có thể thành hiện thực trong tương lai gần với sự trợ giúp của một công nghệ gọi là OLED

(Organic Light-Emitting Diode: Diode phát sáng hữu cơ)

Các OLED là các thiết bị thể rắn cấu tạo từ các tấm phim mỏng làm từ các hợp chất hữu cơ Tấm phim này sẽ phát ra ánh sáng khi được cung cấp điện năng OLED có thể tạo ra những hình ảnh sáng và rõ nét hơn nhưng lại tiêu thụ ít điện năng hơn các công nghệ màn hình LED (Light-Emitting Diode: Diode phát quang) hay LCD (Liquid Crystal Display: Màn hình tinh thể lỏng) hiện tại

Các thành phần của OLED

Giống như một diode phát quang LED, một diode phát quang hữu cơ OLED là một thiết bị bán dẫn thể rắn có độ dày từ 100 đến 500 nanomet hay khoảng 200 lần nhỏ hơn đường kính sợi tóc Các OLED có thể có hai hoặc ba lớp vật liệu hữu cơ; trong trường hợp thiết kế ba lớp thì lớp thứ

ba sẽ giúp truyền tải các electron từ cathode tới lớp phát sáng (emissive layer) Trong mục này chúng ta sẽ tập trung vào kiểu thiết hai lớp

Các thành phần của OLED

Một OLED gồm các phần sau:

• Tấm nền (substrate) - làm từ nhựa trong, thủy tinh, Tấm nền có tác dụng chống đỡ cho

OLED

• Anode (trong suốt) - anode sẽ lấy đi các electron (hay tạo ra các lỗ trống mang điện

dương) khi có một dòng điện chạy qua thiết bị

• Các lớp hữu cơ - các lớp này được tạo thành từ các phân tử hữu cơ hay polymer

o Lớp dẫn (conductive layer) - lớp này được làm từ các phân tử hữu cơ dẻo có

nhiệm vụ truyền tải các lỗ trống từ anode Một polymer dẫn được sử dụng trong các OLED là polyaniline

o Lớp phát sáng (emissive layer) - lớp này được làm từ các phân tử hữu cơ dẻo

(nhưng khác loại với lớp dẫn) có nhiệm vụ truyền tải các electron từ cathode Một loại polymer dùng trong lớp phát sáng là polyfluorence

• Cathode (có thể trong suốt hoặc không tùy thuộc vào loại OLED) - cathode sẽ tạo ra các

electron khi có dòng điện chạy qua thiết bị

Chế tạo OLED

Thiết lập cho máy in phun độ chính xác cao để tạo ra các OLED polymer (ảnh của Philips)

Công đoạn phức tạp nhất của việc chế tạo các OLED là khi đặt các lớp hữu cơ lên tấm nền Công đoạn này có thể được thực hiện theo 3 cách:

• Lắng đọng chân không hay bốc hơi nhiệt chân không - Trong một buồng chân không,

các phân tử hữu cơ được đốt nóng nhẹ (làm bốc hơi) và sẽ được ngưng tụ thành các tấm phim mỏng trên các tấm nền lạnh Quá trình này khá tốn kém và không hiệu quả

• Lắng đọng pha hơi hữu cơ (organic vapor phase deposition - OPVD): trong một buồng

phản ứng áp suất thấp có tường nóng, một chất khí vận chuyển sẽ truyền tải các phân tử hữu cơ bốc hơi tới các tấm nền lạnh, tại đó chúng ngưng tụ thành các tấm phim mỏng Sử dụng một chất khí vận chuyển sẽ tăng tính hiệu quả và giảm giảm giá thành chế tạo các OLED

• In phun mực (inkject printing) - với công nghệ phun mực, các OLED được phun rải lên

các tấm nền giống như mực được phun rải lên trên giấy trong khi in Công nghệ phun mực giúp giảm đáng kể giá thành sản xuất các OLED và cho phép các OLED được in lên trên các tấm film lớn tức là có thể tạo ra các màn hiển thị rất lớn như các màn hình TV 80 inch hay các bảng thông báo điện tử

Các OLED phát sáng như thế nào?

Các OLED phát ra ánh sáng theo cách giống với các đèn LED Quá trình này gọi là sự phát lân quang điện tử (electrophosphoresence)

Nguyên lý hoạt động của OLED

Quá trình này xảy ra như sau:

1 Nguồn điện cung cấp một dòng điện cho OLED

2 Một dòng các electron chạy từ cathode qua các lớp hữu cơ tới anode:

1 Cathode sẽ truyền các electron cho lớp các phân tử hữu cơ phát quang

2 Anode sẽ lấy các electron từ lớp các phân tử hữu cơ dẫn (điều này giống với việc truyền các lỗ trống mang điện dương cho lớp dẫn)

3 Tại biên giữa lớp phát quang và lớp dẫn, các electron gặp các lỗ trống:

1 Khi một electron gặp một lỗ trống, nó sẽ tái hợp với lỗ trống này (hay nó rơi vào mức năng lượng của nguyên tử lỗ trống bị mất một electron)

2 Khi sự tái hợp xảy ra, electron tái hợp sẽ tạo ra một năng lượng dưới dạng một photon ánh sáng

4 OLED phát ra ánh sáng

Màu của ánh sáng phụ thuộc vào kiểu phân tử hữu cơ của lớp phát quang Các nhà sản xuất thường đặt một vài loại film hữu cơ trên cùng một OLED để tạo ra các ánh sáng màu khác nhau Cường độ hay độ sáng của ánh sáng phụ thuộc vào lượng điện cung cấp Lượng điện càng lớn, ánh sáng càng sáng hơn

OLED phân tử nhỏ và OLED polymer

Các OLED đầu tiên phát minh bởi các nhà khoa học của Kodak vào năm 1987 sử dụng các phân

tử hữu cơ nhỏ Mặc dù các phân tử nhỏ phát ra ánh sáng mạnh, các nhà khoa học phải lắng đọng chúng lên các tấm nền trong chân không khá tốn kém

Kể từ năm 1990, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các phân tử polymer để phát sáng Các polymer

ít tốn kém hơn và có thể chế tạo thành các tấm lớn, do đó chúng phù hợp hơn cho các màn hiển thị lớn

Trong bài này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về các loại công nghệ OLED khác nhau

OLED ma trận thụ động và ma trận chủ động

Hiện nay có một số loại OLED sau:

• OLED ma trận thụ động (passive-matrix OLED)

• OLED ma trận chủ động (active-matrix OLED)

• OLED trong suốt (transparent OLED)

• OLED phát sáng đỉnh (top-emitting OLED)

• OLED gấp được (foldable OLED)

• OLED trắng (white OLED)

Mỗi loại này có những công dụng khác nhau Trong các mục tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu về từng loại OLED này Chúng ta hãy bắt đầu với các OLED ma trận tĩnh và ma trận động

OLED ma trận thụ động (PMOLED)

PMOLED có các dải cathode, các dải lớp hữu cơ và các dải anode Các dải anode được xếp vuông góc với các dải cathode Phần giao nhau giữa cathode và anode tạo thành các pixel (điểm ảnh) tại đó ánh sáng được phát ra Mạch điện bên ngoài cung cấp dòng điện cho các dải anode và cathode nào đó được chọn để làm cho những pixel nhất định sẽ phát sáng còn các pixel khác thì không Một lần nữa, độ sáng của mỗi pixel sẽ tỷ lệ với độ lớn của dòng điện

OLED ma trận thụ động

Các PMOLED dễ chế tạo nhưng chúng lại tiêu thụ nhiều điện năng hơn các loại OLED khác, chủ yếu là do nguồn điện cần cho mạch điện ngoài Các PMOLED có hiệu quả nhất cho việc hiển thị văn bản hay các biểu tượng và rất phù hợp cho các màn hình nhỏ (2 đến 3 inch) chẳng hạn như các màn hình của điện thoại di động, PDA hay máy nghe nhạc MP3 Ngay cả với mạch điện ngoài, các OLED ma trận thụ động cũng tiêu thụ ít điện năng hơn các màn LCD được dùng rất phổ biến ở các thiết bị này

OLED ma trận chủ động (AMOLED)

AMOLED có đầy đủ các lớp cathode, lớp phân tử hữu cơ và lớp anode Tuy nhiên lớp anode sẽ phủ lên một tấm mạng lưới các transitor film mỏng (thin film transitor hay TFT) tạo thành một

ma trận các pixel Bản thân tấm TFT là một mạch điện để xác định những pixel nào sẽ được bật

để tạo ra hình ảnh

OLED ma trận chủ động

AMOLED tiêu thụ ít điện năng hơn PMOLED bởi vì lớp TFT cần ít điện hơn mạch điện ngoài,

do đó chúng rất phù hợp cho các màn hình lớn AMOLED cũng có tốc độ làm tươi nhanh hơn nên phù hợp cho video AMOLED được dùng tốt nhất cho màn hình máy tính, các TV màn hình lớn và các bảng tín hiệu hay thông báo điện tử

Các loại OLED khác

OLED trong suốt

OLED trong suốt được cấu tạo hoàn toàn từ các thành phần trong suốt Khi một OLED trong suốt được bật lên, nó sẽ cho phép ánh sáng phát ra theo cả hai hướng Một OLED trong suốt có thể là kiểu ma trận thụ động hoặc ma trận chủ động Công nghệ OLED này có thể được dùng làm màn hiển thị trên kính ô tô hay máy bay (head-up display)

OLED trong suốt

OLED phát sáng đỉnh

Các OLED phát sáng đỉnh có một tấm nền đục hoặc có thể phản xạ Các OLED này phù hợp nhất với kiểu thiết kế ma trận động Các nhà chế tạo có thể sử dụng các OLED phát sáng đỉnh trong các thẻ thông minh

OLED phát sáng đỉnh

OLED gấp được

OLED gấp được có tấm nền làm từ các lá kim loại mềm dẻo hoặc làm từ nhựa Các OLED gấp được rất nhẹ và có tuổi thọ cao Khi được dùng trong các thiết bị như điện thoại di động hay PDA, tình trạng vỡ màn hình sẽ không còn xảy ra Có khả năng các màn OLED sẽ trở thành chất liệu cho các bộ quần áo thông minh khi các bộ quần áo này được tích hợp các chip máy tính, điện thoại di động, bộ thu GPS và màn hình OLED

Màn hình OLED mềm dẻo của Sony

OLED trắng

OLED trắng phát ra ánh sáng trắng sáng hơn, đồng nhất hơn và hiệu quả năng lượng hơn ánh sáng phát ra bởi đèn huỳnh quang Các OLED trắng cũng có chất lượng ánh sáng của đèn sợi tóc

Do các OLED có thể chế tạo thành các tấm lớn nên chúng có thể dùng để thay thế các đèn huỳnh quang hiện đang được dùng nhiều trong các toàn nhà và căn hộ Việc sử dụng các OLED trắng

có thể giảm đám kể năng lượng cho việc chiếu sáng

OLED trắng có thể dùng thay cho các đèn chiếu sáng thông thường

Trong bài viết cuối về công nghệ OLED này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về các ưu và nhược điểm của OLED cũng như là các ứng dụng của OLED hiện tại và trong tương lai

Ưu và nhược điểm của OLED

Các ưu điểm của OLED

Công nghệ LCD hiện là lựa chọn số một trong các thiết bị nhỏ và cũng rất phổ biến trong các TV màn hình lớn Công nghệ đèn LED thường được dùng để tạo thành các chữ số trên các đồng hồ điện tử và các thiết bị điện tử khác Công nghệ OLED đưa ra rất nhiều ưu điểm so với các công nghệ trên:

• Các lớp hữu cơ nhựa của OLED mỏng hơn, nhẹ hơn và mềm dẻo hơn các lớp tinh thể của LED

hay LCD.

• Bởi vì các lớp phát quang của OLED nhẹ hơn nên tấm nền của OLED có thể mềm dẻo thay vì

cứng rắn Tấm nền của OLED có thể làm bằng nhựa thay vì bằng thủy tinh được dùng cho LED

và LCD.

• OLED sáng hơn LED Bởi vì các lớp hữu cơ của OLED mỏng hơn nhiều các lớp tinh thể vô cơ

tương ứng của LED nên các lớp phát quang và lớp dẫn của OLED có thể chế tạo thành nhiều lớp Thêm nữa, LED và LCD cần dùng thủy tinh để hỗ trợ và thủy tinh lại hấp thụ một phần ánh sáng trong khi OLED lại không cần dùng thủy tinh.

• OLED không cần chiếu sáng nền như LCD LCD hoạt động bằng cách chặn các vùng ánh sáng của đèn nền để tạo thành hình ảnh, trong khi OLED tự phát sáng Bởi vì OLED không cần chiếu

sáng nền nên chúng tiêu thụ ít điện năng hơn nhiều so với LCD (hầu hết điện năng cho LCD

dùng cho chiếu sáng nền) Ưu điểm này đặc biệt quan trọng đối với các thiết bị sử dụng pin như điện thoại di động, PDA hay máy tính xách tay.

• OLED được chế tạo dễ dàng hơn và có thể được làm thành các tấm có kích thước lớn Bởi vì

OLED chủ yếu là nhựa dẻo, chúng có thể được làm thành các tấm rộng và mỏng Với LED hay LCD điều này là rất khó khăn.

• OLED có góc nhìn rộng hơn, vào khoảng 170° Do các LCD hoạt động bằng cách chặn ánh sáng

nên chúng có một tầm nhìn hạn chế ở những góc nhìn nhất định Các OLED tự phát ra ánh sáng nên chúng có một góc nhìn rộng hơn nhiều.

Các nhược điểm của OLED

OLED có vẻ là một công nghệ hoàn hảo cho mọi kiểu hiển thị, tuy nhiên chúng cũng bộc lộ một

số vấn đề:

• Thời gian sống - trong khi các tấm film OLED xanh và đỏ có thời gian sống lâu (khoảng 10 000

đến 40 000 giờ), thì các tấm film xanh da trời hiện tại có thời gian sống ít hơn nhiều (chỉ khoảng

1000 giờ).

• Chế tạo - Hiện tại các công đoạn chế tạo vẫn còn rất đắt.

• Nước - nước có thể dễ dàng làm hỏng OLED.

Những ứng dụng hiện tại và tương lai của OLED

Hiện tại, OLED được dùng trong các thiết bị có màn hình nhỏ chẳng hạn như điện thoại di động, PDA và máy ảnh số Trong tháng 9/2004, công ty Sony đã tuyên bố rằng họ đã bắt đầu sản xuất hành loạt các màn hình OLED cho thiết bị giải trí cầm tay cá nhân CLIE PEG-VZ90 của họ

Màn hình OLED cho máy CLIE PEG-VZ90 của Sony

Kodak đã sử dụng các màn hình OLED trong một số model máy ảnh số

Máy ảnh Kodak LS633 EasyShare với màn hình OLED

Một vài công ty đã đưa ra những nguyên mẫu màn hình máy tính và màn hình TV lớn Trong tháng 5/2005, Samsung Electronics đã công bố họ đã phát triển được TV siêu mỏng màn hình OLED kích thước 40-inch đầu tiên

Nguyên mẫu TV màn hình OLED 40-inch của Samsung

Đầu tháng 10 năm nay, công ty Sony đã công bố mẫu TV OLED thương mại siêu mỏng XEL-1 với kích thước 11-inch và chỉ dày 3 mm Sony dự kiến sẽ đưa loại TV ra thị trường Nhật Bản trong tháng 12 tới

Chiếc TV OLED 11-inch thương mại đầu tiên của Sony

Cũng hồi cuối tháng 5/2007, Sony đã hé lộ đoạn video về một màn hình OLED mềm dẻo kích thước 2,5 inch và chỉ dày có 0,3 mm Màn hình này có độ phân giải 120 x 160 pixel, có thể hiển thị 16,8 triệu màu và chỉ nặng có 1,5 gram

Tương lai hứa hẹn của công nghệ OLED

Các nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực OLED đang diễn ra rất nhanh và có thể sẽ dẫn đến những ứng dụng trong tương lai như màn hiển thị head-up (trên kính ô-tô hoặc máy bay), các bảng tín hiệu, bảng thông báo, đèn chiếu sáng các tòa nhà và căn hộ và cả các màn hình mềm dẻo Do OLED có tốc độ làm tươi nhanh hơn LCD gần 1000 lần nên 1 thiết bị với màn hình OLED có thể thay đổi thông tin gần như theo thời gian thực Các hình ảnh video sẽ trở nên trơn tru và sống động hơn Trong tương lai các tờ báo có thể sẽ là những màn hình OLED và liên tục được cập nhật những thông tin mới nhất (giống trong phim Minority Report), và giống như một

tờ báo giấy thông thường, bạn cũng có thể gập nó lại khi đã đọc xong và nhét nó vào túi hoặc cặp của mình Chúng ta có thể thấy một tương lai tươi sáng đang chờ đón OLED ở phía trước