Organische lichtgevende diodes: 11 feiten die u moet weten

by

Inhoud

Wat is een OLED? ​ Wat betekent led?

Een OLED is een afkorting voor Organic Light-Emitting Diodes. Het is in feite een soort lichtgevende diode of LED met een emitterende elektroluminescente laag die werkt als een film van organische verbindingen en verantwoordelijk is voor het uitzenden van licht wanneer een elektrische stroom wordt aangelegd. Tegenwoordig worden organische LED's op grote schaal gebruikt voor het ontwikkelen van digitale displays in verschillende apparaten zoals televisie, monitoren, telefoons, draagbare handheld gaming-apparaten, smartwatches, enz. Organische Light-Emitting Diodes worden ook verwerkt in solid-state verlichtingsapparaten.

organisch geleid of oled
Een organische lichtgevende diode of OLED-tv. Bron afbeelding: Steve Liao - https://www.flickr.com/photos/steveliao/2089119570/
De Sony XEL-1 televisie, de eerste OLED TV (op de markt gebracht in 2007-2010).
CC BY-SA 2.0

Hoe worden OLED's geconstrueerd?

Een algemene organische lichtemitterende diode bestaat uit een laag organisch materiaal dat is afgezet op een substraat, dat tussen de kathode en de anode wordt geplaatst. De delokalisatie van pi-elektronen als gevolg van de conjugatie over een deel van het hele molecuul, waardoor de organische moleculen elektrisch geleidend worden. Deze materialen gedragen zich als organische halfgeleiders, aangezien hun geleidbaarheid typisch tussen die van isolatoren en geleiders ligt. In deze materialen wordt de rol van de valentie- en geleidingsbanden van anorganische halfgeleiders vervuld door de laagste onbezette en hoogst bezette moleculaire orbitalen (LUMO en HOMO).

Aanvankelijk werden polymere organische lichtemitterende diodes ontworpen om een ​​enkele organische laag te hebben. Tegenwoordig kunnen echter meerlagige organische LED's worden ontwikkeld met twee of meer lagen om de efficiëntie van het apparaat te verbeteren. Naast het aantal lagen is het soort materiaal dat wordt gebruikt voor het helpen van ladingsinjectie bij elektroden ook belangrijk voor de uiteindelijke werking van het apparaat.

De geleidende eigenschap van het gebruikte materiaal bepaalt of er een meer geleidelijke elektronische stroom zou zijn, of een blokkering van de lading of weerstand om naar de tegenoverliggende elektrode te reizen en onbenut te worden. De stof wordt gekozen afhankelijk van materiaaleigenschappen zoals elektrische geleidbaarheid, optische transparantie en chemische stabiliteit. Tegenwoordig hebben organische leds een eenvoudige dubbellaagse structuur die bestaat uit een emitterende laag en een geleidende laag. Op basis van de chemische structuur van het materiaal kan de emitter fluorescerend of fosforescerend zijn.

AMOLED nl.svg
Organische lichtgevende diodestructuur. Afbeeldingsbron; AMOLED.png: www.universaldisplay.com afgeleid werk: Pedro Spoladore (praten), AMOLED-nl, CC BY-SA 3.0

Hoe werkt een organische lichtgevende diode?

Wanneer de operatie begint, wordt een potentiaalverschil toegepast over de organische lichtemitterende diode. De anode wordt op een hoger potentiaal gehouden ten opzichte van de kathode. Het materiaal van de anode is gebaseerd op materiaaleigenschappen zoals elektrische geleidbaarheid, optische transparantie en chemische stabiliteit. De laagste onbezette moleculaire orbitaal van de organische laag (aan de kathode) ontvangt de geïnjecteerde elektronen en de hoogst bezette moleculaire orbitaal (aan de anode) trekt de elektronen terug of injecteert met andere woorden elektron-gatparen. In organische halfgeleiders zijn de gaten relatief mobieler dan de elektronen. Daarom vindt de recombinatie van elektronen en gaten tot een exciton plaats dichter bij de emitterende laag.

Dit resulteert in het verval van een aangeslagen toestand die leidt tot de emissie van stralingen met een golflengte in het zichtbare spectrum. De precieze golflengte of frequentie van de uitgezonden straling wordt bepaald door de bandafstand van het materiaal, dwz het verschil in energieniveaus van de HOMO en LUMO. In het geval van fosforescerende stralers vervallen de excitonen (singlets en triplets) stralend. In het geval van fluorescerende stralers zenden de tripletten echter geen licht uit. Deze fluorescerende stralers hebben een maximale intrinsieke efficiëntie van slechts 25%. De fosforescerende emitters (in het bijzonder met korte golflengte {blauw}) hebben echter een kortere levensduur in vergelijking met fluorescerende emitters.

De gegenereerde elektron-gatfermionen hebben een spin van een half geheel getal. Excitonen kunnen bestaan ​​in singlet- of triplettoestanden op basis van de combinatie van verschillende spins van elektronen en gaten. Voor elk singlet exciton worden drie triplet excitonen gevormd. Het verval van de triplettoestand (overwegend in fosforescerend) verbiedt spin en verlengt daarom de overgangstijd. Fosforescerende organische lichtemitterende diodes vergemakkelijken de kruising tussen systemen van zowel triplet- als singlet-toestanden door middel van spin-orbit-interacties. Dit verbetert de interne efficiëntie. Tegenwoordig worden organische lichtemitterende diodes op grote schaal gebruikt voor het ontwikkelen van digitale displays in verschillende apparaten zoals televisie, monitoren, telefoons, draagbare handheld gaming-apparaten, smartwatches, enz. Organische lichtgevende diodes worden ook verwerkt in solid-state verlichtingsapparaten.

OLED-schema.svg
Organisch lichtemitterend diodeschema - 1. Kathode, 2. Emissieve laag, 3. Emissie van straling, 4. Geleidende laag, 5. Anode Beeldbron: Organische lichtgevende diode Rafał Konieczny, OLED-schema, CC BY-SA 3.0

Wat is het emissiespectrum van OLED's?

De golflengte van de uitgezonden straling is afhankelijk van het type materiaal dat wordt gebruikt en het aantal lagen van het materiaal. De energie van de straling is gelijk aan de bandgap van het materiaal, dwz het verschil in energieniveaus van de HOMO en LUMO. De uiteindelijke of totale emissie van een organische lichtemitterende diode kan virtueel worden afgestemd om een ​​bepaalde kleur weer te geven, inclusief wit en zwart. De kleurtemperatuur kan ook worden gevarieerd door talloze verschillende combinaties van lagen in één apparaat samen te stellen. Organische lagen zijn typisch transparant in het zichtbare spectrale bereik. Over het algemeen zijn organische lichtemitterende diodes uitgerust met drie verschillende kleurlagen, namelijk RGB (rood, groen en blauw) om optimale kleurencombinatieresultaten te bereiken.

Wat zijn omgekeerde OLED's?

In het geval van omgekeerde Organic Light Emitting Diodes, wordt de anode op het substraat gepositioneerd, wat in strijd is met de conventionele organische LED-structuur. In een omgekeerde organische lichtemitterende diode is de kathode verbonden met het afvoeruiteinde van een n-kanaal. Dit wordt gebruikt bij het ontwikkelen van apparaten met AMOLED-schermen.

Organische lichtgevende dioden
AMOLED-telefoons. Organische lichtgevende diode Bron afbeelding: Samsung Galaxy Note 10, OLED-schermen, CC BY-SA 4.0

Wat zijn Graded Heterojunction OLED's?

In het geval van Graded Heterojunction Organic Light Emitting Diodes, is er een geleidelijke vermindering van de fractie elektronengaten voor elektronentransporterende chemicaliën. Dit wordt gedaan om bijna 200% meer kwantumefficiëntie te bereiken dan de conventionele organische lichtemitterende diodestructuur.

Wat zijn gestapelde OLED's?

In het geval van gestapelde organische lichtemitterende diodes, rangschikt de gebruikte pixelarchitectuur de rode, groene en blauwe subpixels verticaal op elkaar in plaats van horizontaal naast elkaar. Dit leidt tot een grote toename van de kleurdiepte, het kleurengamma en een aanzienlijke vermindering van de pixelafstand. De andere weergavemethoden gebruiken over het algemeen de naast elkaar liggende opstelling om de potentiële resolutie te verlagen.

Wat zijn de technische kenmerken van een conventionele OLED?

Kenmerken van organische lichtgevende diode

De technische kenmerken van een conventionele Organic Light Emitting Diode worden hieronder weergegeven:

Energie-efficiëntie180 lm/WtСurrent-efficiëntie40 cd/AInternal Quantum Efficiëntie (uitgang/foton)100%externe kwantumefficiëntie (verlicht foton/gevormd foton)40% bedrijfsspanning5 – 8 VI Inclusiespanning3 – 9 V Zichthoek 180°Helderheid1000 cd/m2Contrast100:1Levensduur6 – 11 jaarTemperatuurbereik-40…+50°C

Wat zijn de voordelen van oleds?

De voordelen van OLED

  1. Organische Light-Emitting Diodes zijn biologisch afbreekbare stoffen.
  2. Organische Light-Emitting Diodes zijn relatief lichter, dunner en elastischer dan de kristallijne lagen in liquid crystal displays of Light Emitting Diodes.
  3. Organische Light-Emitting Diodes zijn zeer flexibel en daarom kunnen ze gemakkelijk worden opgevouwen en opgerold zoals vereist in oprolbare displays die tegenwoordig in bepaalde stoffen worden geplaatst. De reden hierachter is dat het substraat dat wordt gebruikt in Organic LED polymeer is in plaats van het glas dat wordt gebruikt voor een LED of een LCD.
  4. Organische Light-Emitting Diodes zijn relatief helderder dan normale Light Emitting Diodes. De kunstmatige contrastverhouding van organische leds is hoger. Dit komt doordat de organische lagen van organische leds veel smaller zijn dan de analoge anorganische kristallagen van een led. Bovendien gebruiken de geleidende en emitterende lagen van organische leds geen glas (dat een deel van het licht absorbeert) en kunnen ze een meerlagig ontwerp hebben.
  5. In tegenstelling tot een LCD-scherm heeft een Organic Light Emitting Diode-opstelling geen achtergrondverlichting nodig. Dit helpt bij het verminderen van het energie- of stroomverbruik door een organisch LED-apparaat. LCD's hebben verlichting nodig om een ​​zichtbaar beeld te produceren waarvoor meer energie nodig is, terwijl OLED's hun eigen licht kunnen genereren.
  6. Het productieproces van een Organic Light Emitting Diode is eenvoudiger en kan worden verwerkt tot grote dunne platen. Het is relatief veel moeilijker om zo'n groot aantal lagen vloeibaar kristal te produceren.
  7. Organische lichtgevende diodes bieden een bredere kijkhoek in vergelijking met LCD's. Dit komt doordat een organische led-pixel direct licht uitstraalt. De pixelkleuren van een organische LED worden niet verschoven samen met de verandering in de waarnemingshoek van normaal naar een rechte hoek.
  8. Een Organic Light Emitting Diode heeft een snellere responstijd in vergelijking met een LCD.

Organische LED-pixel

Organische LED-pixel zendt direct licht uit en pixelkleuren van een organische LED worden niet verschoven met de verandering in de waarnemingshoek van normaal naar een rechte hoek. Organische Light Emitting Diodes bieden een bredere kijkhoek in vergelijking met LCD's.

'S Werelds grootste Oled-array. 2850 LG OLED-lampje .jpg
's Werelds grootste organische lichtgevende diode-array. Beeldbron: organische LED Sébastien Jurkowski, 'S Werelds grootste Oled-array. 2850 LG OLED-lampje , CC BY-SA 4.0

Wat zijn de nadelen van een OLED?

De nadelen van het gebruik van een Organic Light Emitting Diode zijn

  1. De levensduur van een Organic Light Emitting Diode is korter dan die van LCD. De groene en rode organische LED-films hebben een langere levensduur van ongeveer 46,000 tot 230,000 uur; de blauwe organische LED's hebben echter een veel kortere levensduur tot ongeveer 13-14,000 uur.
  2. De stoffen die worden gebruikt voor het produceren van blauw licht in een OLED worden sneller afgebroken dan de stoffen die andere kleuren produceren, waardoor de algehele luminescentie van de organische led wordt verminderd.
  3. Organische Light Emitting Diodes mogen niet in contact komen met water, omdat dit tot onmiddellijke afbraak leidt.
  4. Organic Light Emitting Diode heeft ongeveer drie keer meer vermogen nodig om een ​​afbeelding met een witte achtergrond weer te geven. Het veelvuldig gebruik van witte achtergronden kan leiden tot een kortere batterijduur in mobiele telefoons en andere apparaten.
  5. Organische Light Emitting Diodes zijn duur. Ze kosten ongeveer 10 tot 20 keer meer dan de vergelijkbare presterende LED.
  6. Er is een gebrek aan een breed scala aan commercieel verkrijgbare Organic Light Emitting Diode-producten.
  7. Organische lichtemitterende diodes hebben een hoge capaciteit die de bandbreedte van de apparaatmodulatie beperkt tot ongeveer 100 kHz.
  8. Organische Light Emitting Diodes hebben een lage lichtopbrengst.

Wat zijn de verschillen tussen een OLED en een LED?

De verschillen tussen een OLED en een LED zijn:

Organische lichtgevende diode of OLEDLichtgevende diode of led
In het geval van organische lichtemitterende diodes bestaat de emitterende elektroluminescerende laag uit organische verbindingen.Bij leds bestaat de emitterende elektroluminescerende laag uit anorganische stoffen.
Bij Organic LED-televisie werkt elke pixel afzonderlijk.Vanwege de grootte kunnen leds niet goed als pixel in televisie worden gebruikt.
Ze hebben een lagere lichtopbrengst.Ze hebben een hogere lichtopbrengst.
Ze kunnen dun en klein zijn vanwege hun flexibiliteit.Ze zijn relatief minder flexibel.
Ze gebruiken geen achtergrondverlichting omdat ze hun eigen licht kunnen produceren.Ze kunnen hun eigen licht niet produceren en gebruiken daarom achtergrondverlichting.
Ze zijn duur.Ze hebben relatief lagere fabricagekosten.
Organische leds hebben geen enkele glasondersteuning nodig.Leds hebben glasondersteuning nodig.
Ze zorgen voor een bredere kijkhoek.Ze hebben een relatief lager hoekbereik.

Bezoek voor meer informatie over lichtgevende halfgeleiderdiodes https://techiescience.com/light-sensors/

Lees ook: