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:
Trang 1Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Tp HCM
Khoa Vật Lý
Bộ Môn Vật Lý Ứng Dụng
Môn Học:
CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
Đề Tài Báo Cáo:
OLED
(Organic Light-Emitting Diode )
(Diode Phát Quang Hữu Cơ)
GVHD: TS LÊ TRẤN HV: PHẠM ĐĂNG KHOA
Trang 2Khái Niệm OLED:
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 sử dụng đèn nền trong khi OLED không cần
Thành phần chính 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
Trang 3+ + + + + + + +
_ _ _ _ _ _ _ _
Tấm Nền (trong suốt)
ANODE
Lớp dẫn
Lớp phát quang CATHODE (có thể trong suốt hoặc không)
Chiều ánh sáng phát ra
Chi
ều á
nh sáng phá
t ra
Một OLED gồm các phần sau:
Tấm nền (substrate) - làm từ nhựa trong, thủy tinh, không cần thiết phải làm từ các vật có tính chịu
nhiệt cao vì phương pháp chủ yếu để tạo màng là Bốc Bay (Màng ngưng tụ trên nền lạnh) 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.do đó có 2 dạng OLED
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 trong suốt hay chỉ nhìn được 1 mặt) -
cathode sẽ tạo ra các electron khi có dòng điện chạy qua thiết bị
Vì OLED là một Diode phát quang nên tối thiểu tấm nền và Anode phải trong suốt để quan sát ánh sáng phát ra
Công đoạn chính để Chế tạo OLED: là quá trình tạo các lớp màng hữu cơ trên bề mặt Tấm Nền.có 3 phương
pháp để thực hiện công đoạn này
Bốc bay nhiệt điện trở trong chân không :
Trong một buồng chân không áp suất thấp < 10-6 Torr, các phân tử hữu cơ được đốt nóng nhẹ (làm bốc hơi) và sẽ được ngưng tụ thành các tấm phim mỏng với tốc độ lắng đọng vào khoảng 0.1 – 2nm/s trên các tấm nền lạnh Quá trình này không hiệu quả trong công công nghiệp do
- Phải cung cấp nhiệt lượng để quá trình bốc bay xảy ra.tốn năng lượng
- Khó kiểm soát hợp chất
Trang 4Vật liệu Polymer cần tạo màng
Pha khí
Pha ngưng tụ (Thể Rắn)
Pha khí
Vùng á
p suấ t
- Bề dày màng không đều
Bốc bay chùm điện tử cho hợp chất hữu cơ (Organic Vapor Phase Deposition - OPVD):
Trong một buồng phản ứng áp suất thấp,một chùm điện tử được tạo ra bởi sợi đốt nhiệt sẽ được định hướng bởi từ trường và đập vào vật liệu hữu cơ,tạo nên quá trình bốc bay tới các tấm nền lạnh, tại đó chúng ngưng tụ thành các tấm phim mỏng với tốc độ lắng đọng cao 1 – 10nm/s Sử dụng chùm điện tử
để vận chuyển các phân tử hữu cơ sẽ tăng tính hiệu quả và giảm giảm giá thành chế tạo các OLED
Sơ đồ chung của 2 phương pháp:
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
Trang 5Các 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
Trang 6Màu 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
Có 2 dạng OLED được nhận biết thông qua cấu tạo các lớp màng.
+ OLED phân tử hữu cơ có lớp màng được lắng đọng bởi các phân tử hữu cơ nhỏ
+ OLED phân tử Polymer có lớp màng được lắng đọng bởi các phân tử Polymer với khả năng dẫn điện khá tốt
Giới thiệu 1 số loại OLED và ứng dụng
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)
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
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
Trang 7tượng và rất phù hợp cho các màn hình nhỏ (2 đến 3 inch) chẳng hạn như các màn hình của điện thoại di động 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
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
PMOLED & AMOLED
OLED trong suốt
Trang 8OLED 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 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.
Trang 9OLED 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, tình trạng vỡ màn hình sẽ không còn xảy ra
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
Trang 10OLED trắng có thể dùng thay cho các đèn chiếu sáng thông thường
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 hay máy tính xách tay
OLED 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
40000 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.
Dễ hư – do được cấu tạo bởi hợp chất hữu cơ nên nước có thể dễ dàng làm hỏng OLED.