3.1 Фізичні процеси що відбуваються в електролюмінісцентних органічних матеріалах
Перше повідомлення про випромінювання в зеленій області спектру осадженого з газової фази органічного матеріалу (три-8-гидроксихинолін алюміній) з'явилося в 1989 році. У 1990-му на основі плівки поліпарафеніленвінілена (PPV) був виготовлений тонкоплівковий полімерний світло випромінюючий діод (СВД). Електролюмінісценція органічних матеріалів типу PPV, що отримали назву зв'язаних, пояснюється наявністю у них напівпровідникових властивостей, обумовлених перекриттям орбіт електронів уздовж ланцюжка полімеру. Перекриття приводить до формування валентної зони і зони провідності – таких же, як і у напівпровідникового матеріалу. При подачі напруги, що перевищує порогове значення, у валентну зону і зону провідності інжектуются, відповідно, електрони і дірки, і відбувається їх рекомбінація. Величина порогової напруги залежить від потенційного бар'єру, визначуваного значеннями роботи виходу і спорідненістю до електрона негативно зарядженого електроду, а також від роботи виходу і потенціалу іонізациі позитивно зарядженого електроду. Загасання утворюваних в результаті рекомбінації електронів провідності і дірок валентної зони синглетних і триплетних екситонів супроводжується вивільненням енергії (триплетних — тепловий, синглетних — світловий). Довжина хвилі світлового випромінювання залежить від енергії синглетного екситона, тобто від ширини забороненої зони матеріалу, а яскравість свічення — від інжекції електронів і дірок в матеріал[6].
3.2 Проблеми створення полімерних електролюмінісцентних панелей
Одна з найважливіших проблем при створенні полімерних електролюмінісцентних панелей — вибір матеріалу електроду, придатного для інжекції електронів і дірок з однаковою швидкістю. Зазвичай електрод, призначений для інжекції електронів, виконують з металу з низькою роботою виходу, оскільки метали з високою роботою виходу хімічно активні і легко взаємодіють з киснем навколишнього середовища. Така взаємодія приводить до відшаровування електроду від полімеру, утворенню невипромінюючих темних областей і деградації характеристик приладу6].
3.3 Технологічні рішення і пропозиції провідних фірм
Для вирішенням цієї проблеми багато зроблене фахівцями фірми Cambridge Display Technology (CDT, Великобританія). Сьогодні вони освоюють нову технологію, розроблену одним з першопроходців в цій області, — Кембріджським університетом. Учені університету запропонували використовувати двошарову гетероструктуру (шар PPV і шар PPV, що переносить електрони), на межі розділу якої унаслідок різниці енергій валентних зон і зон провідності шарів виникає енергетичний бар'єр. Гетероструктура кладеться між прозорим електродом з окислу індія-олова і алюмінієвим електродом. Електрони, інжектіруємі в циано ppv, переносяться в область переходу, де і утримуються потенційним бар'єром. Це приводить до формування з обох боків переходу просторового заряду. Завдяки малій товщині гетероструктури (0,1 мкм) електрони тунелюють через бар'єр і рекомбінують з дірками. Оскільки полімер в поперечній площині не проводить струм, елементи зображення самоізоліровані, тобто включаються тільки при подачі сигналу на верхній і нижній електроди. Крок елементів і, отже, роздільна здатність такої полімерної індикаторної панелі залежать від роздільної здатності устаткування, використовуваного для створення малюнка електродів.
Яскравість свічення полімерного випромінюючого діода з гетероструктурою фірми CDT рівна 10 кд/м^2 при напрузі 5 В і щільність струму 1 ма/см2. Частота перемикання перевищує 1 Мгц, що відповідає вимогам, що пред'являються до промислових напівпровідникових СВД. Внутрішній квантовий вихід приладів складає приблизно 5% (для індикаторів на основі напівпровідникових СВД — 3%). Правда, термін служби полімерних діодів невеликий — всього біля 3 тис. годинника. Застосувавши відповідну герметизацію і устаткування , розробники сподіваються збільшити його до 10 тис., а потім і до 20 тис. годинника.
Фірма Uniax, розробляюча полімерні СВД з 1996 року, добилася значних успіхів у вдосконаленні їх конструкції, а також в досягненні ефективної інжекції електронів і дірок незалежно від відносних значень роботи виходу електродів і енергії носіїв полімеру. Це дозволить виконувати електроди з будь-якого металу незалежно від його роботи виходу. У основу конструкції СВД покладена свіловипромінюючий електрохімічний осередок, що формуєтьсяз суміші світло випромінюючого полімеру і полімерного електроліту. При подачі напруги на такий осередок полімер з одного боку окислюється (область p-типа провідності), а з іншою відновлюється (область n-типа), що приводить до формування p-n-перехода. У відсутність напруги p-n-переход зникає. Такий перехід отримав назву динамічного. Поки розробники украй обережно оцінюють отримані результати, хоча випробування показали, що після зберігання протягом року темні крапки під електродами не утворюються.
Цікавий запропонований фахівцями університету і фірми Hewlett-packard Рочестерського метод формування “СВД-МАТРІЦ пікселів” за допомогою звичайного процесу фотолітографії, використовуваного в напівпровідниковій технології. Згідно цьому методу, на шар PPV, що формується поверх електродів з окислу індия-олова на скляній підкладці, наносится однорідна плівка фоточутливого кислотного генератора. Потім проводиться операція експонування через шаблон для отримання прихованого зображення. І нарешті, структура обробляється в розчині хлороформу, що видаляє неекспоновані ділянки PPV-слоя. Яскравість свічення виготовлених таким чином матриць складала 100—500 кд/м2 при терміні служби близько 10 тис. годинника. Проте щоб на базі цієї технології організувати виробництво кольорових полімерних дисплеїв, належить виконати великий об'єм робіт.
Розробка в 1990 році блакитного полімерного СВД вселила надію, що незабаром вдасться створити полімерні кольорові індикатори і індикатори білого свічення шляхом формування тріад червоних, зелених і синіх СВД. Проте об'єднання на одній підкладці плівок полімерів, випромінюючих на різних довжинах хвиль, виявилося надзвичайно важким завданням. Процес нанесення кожного подальшого випромінюючого шару такої структури приводив до деградації раніше обложених шарів, а індикатори цього типуне відрізнялися високими характеристиками. Проблему, мабуть, вдалося вирішити ученим Центру перспективної технології в області фотоніки і оптоелектроніки Прінстонського університету. Вони створили прилад, випромінюючий комбінацію основних квітів, що дозволить формувати “білий” або “кольоровий” піксель за допомогою одного приладу, а не тріади СВД. В результаті число елементів зображення індикаторного пристрою на основі таких органічних СВД збільшується в три рази.
Прилад складається з трьох шарів світло випромінюючого органічного матеріалу і чотирьох шарів електродів. Цю структуру вдалося створити завдяки розробці в університеті Південної Каліфорнії електролюмінісцентного органічного матеріалу (не полімеру), що складається з невеликих молекул. Відмітна властивість матеріалу — його прозорість. У набірному органічному світло випромінюючому пристрої, запропонованому ученими Прінстонського університету, нижній електрод, що наноситься на скляну або пластмасову підкладку, виготовлений з окислу індія-олова. Осталеві електроди виконані у вигляді надзвичайних тонких напівпрозорих металевих плівок, що облягають методом напилення або ВЧ-ІОННОГО розпилювання. Колір свічення СВД перебудовується шляхом зміни напруги, що подається на світло випромінюючі шари. Товщина структури не перевищує 1 мм[5,6,7].
Проте для створення придатного для застосування індикаторного пристрою на основі нового приладу необхідно вирішити ряд важливих проблем, зокрема виключити спотворення кольору, що викликається утворенням мікропорожнеч між шарами. Роботи по моделюванню цих ефектів, оптимізації товщини шарів і пошуку нових матеріалів ведуться на фірмі Universal Display — єдиною, кому була надана ліцензія на світло випромінюючі матеріали і прилади, спільно розроблені Прінстонським центром і Університетом Південної Каліфорнії. Якщо цю технологію вдасться успішно реалізувати, то нові органічні пристрої відображення не тільки захоплять частину ринку плоских дисплеїв, але і розширять його. Крім моніторів комп'ютерів і телевізорів нові пристрої знайдуть застосування в дисплеях переднього огляду транспортних засобів і інших технічних новинках. Але це справа віддаленого майбутнього. Зараз же на ринок поступають перші вироби на базі нової технології — монохромні індикатори з пасивною адресацією і діагоналлю екрану не більше 10 см, які призначені для контрольно-вимірювальної апаратури, пейджерів, автомобільних стереосистем, стільникових телефонів або просто для підсвічування ЖКИ. Подальші зусилля розробників будуть направлені на створення економічно ефективних великоформатних кольорових дисплеїв з терміном служби 50 тис. годинника.
У епоху настільних комп'ютерів і великих машин найважливішими параметрами пристроїв відображення інформації були високі яскравість і роздільна здатність, а також низька вартість. Всім перерахованим вимогам відповідали ЕЛТ. От чому споживаючі надзвичайно високу потужність виробу до цих пір є основними пристроями відображення інформації. Проте портативні обчислювальні серйозно змінили ландшафт ринку засобів відображення, висунувши як основних такі вимоги, як малі габарити і споживана потужність. І тут, можливо, відкриваються широкі перспективи для органічних електролюмінісцентних індикаторів. Не випадково великий інтерес до них проявляють японські фірми — провідні світові постачальники плоских пристроїв відображення інформації. На фірмі Sanyo Electric на основі матеріалу з нерегулярною молекулярною структурою, випромінюючого в широкому спектральному діапазоні, виготовлений світло випромінюючий індикатор із зеленувато-білим свіченням. Сила світла його складає 10190 кд при напрузі 8 В. Правда, поки споживана потужність індикатора дуже велика. Тому сьогодні розробники фірми намагаються знайти легуючу домішку, яка дозволить збільшити ефективність випромінювання. Серйозно займаються вони і проблемою підвищення терміну служби органічних електролюмінісцентних пристроїв[7].
Інша японська фірма, Pioneer Electronics, з метою отримання матеріалів, випромінюючих в червоній і синій областях спектру працює з технологією фірми Eastman Kodak . Тут створений монохромний органічний діод зеленого свічення розміром 94,7х21,1 мм. Сила світла — 200 кд при споживаній потужності 0,2 Вт; термін служби — 10 тис.годин. Дослідні зразки нового індикаторного пристрою, призначеного для панельних дощок автомобілів, портативних інформаційних систем, а також домашньою аудіо- і відеоапаратури, повинні з'явитися весною цього року.
Японська фірма Idemitsu Kosan, що спеціалізується в області очищення нафти, пішла по іншому шляху. У 1986 році вона почала вивчати випромінюючий в синьому спектрі органічний матеріал, названий Dpvbi. Розроблений на фірмі індикатор містить наступні шари: металу (верхні електроди), органічних матеріалів (що переносить електрони, випромінюючого, такого, що переносить і інжектуючого дірки) і окислу індия-олова (нижні електроди). Товщина структури складає 200 нм. Із-за складності формування багатоколірної структури фахівці фірми не почали шукати матеріали, що випускають свічення червоного, синього і зеленого кольорів. Що замість цього наноситься методом осадження з газової фази випромінюючий шар легується домішкою, що дозволяє збільшити ефективність випромінювання синій області спектру (довжина хвилі — 468 нм). Випромінювання проходить через плівки люмінофорів (так зване середовище, що змінює колір), які виконують функцію світлофільтрів, поглинають частину синього світу і випускають зелений і червоний. Оскільки синє випромінювання характеризується високим енергетичним рівнем, при його перетворенні в червоне і зелене випромінювання інтенсивність останніх достатня велика[5].
На фірмі створена досвідчена індикаторна панель з розміром екрану по діагоналі 12,7 см, завтовшки 2 мм і масою 80 р. Вона здатна відтворювати 16,77 млн. квітів з 256 відтінками сірого. Споживана потужність панелі — 500 мвт. Дослідний зразок містить 256 (16х16) квадратних “пікселів” (сторона — 4,5 мм), які у свою чергу містять три субпікселі, — червоні, зелені і сині люмінофорні крапки розміром 1,5х4,5 мм кожна (синій люмінофор застосовується для поліпшення чистоти синього свічення). Сила світла панелі при напрузі 5 В рівна 100 кд, при 10 В — 10 тис. кд. Завдяки довговічності використовуваного матеріалу термін служби панелі досягає 10 тис. годинника, хоча проблема захисту металевих електродів від дії навколишнього середовища поки не вирішена. Полімери знаходять застосування не тільки при створенні електролюмінісцентних панелей. Великий інтерес до них проявляють і виробники ЖКІ[6,7].
Висновки
1.Однією з головних частин електролюмінісцентних плоских пристроїв відображення інформації є індикатори. Є три основні види індикаторів:
- Порошкові індикатори. Основною перевагою ПоІ є велика яскравість. До недоліків слід віднести малу світловіддачу.
- Плівкові індикатори. До переваг ПлІ слід віднести термін служби, до недоліків – малий контраст. Для підвищення яскравості ПлІ використовують шорсткі підкладки. Використання шорстких підкладок у поєднанні з шаром композиційного рідкого діелектрика дозволяє істотно підвищити вихід випромінювання із структури і яскравість свідчення випромінювача.
- Органічні індикатори. ОІ властиві такі особливості: високий ступень інтеграції, ефективне використання площі, велика яскравість, висока надійність, можливість створення індикаторів будь-якої форми.
2. Сьогодні багато застосувань, які потребують міцних дисплеїв що працюють в екстремальних умовах навколишнього середовища по температурах, вібраціях і одночасно при широких кутах огляду, все ще використовують дисплеї, виготовлені за технологією TFEL. Технологія TFEL, не дивлячись на її обмеження по колірному діапазону, продовжує бути альтернативною технологією для багатьох пристроїв відображення, призначених для жорстких умов експлуатації.
3.Органічні електролюмінісцентні панелі мають ряд переваг над своїми конкурентами. До них слід віднести малі габарити і малу потужність споживання.
Список використаної літератури
1. Ю.А. Быстров, И.И.Литвак, Г.М. Персиканов. Электронные приборы для отображения информации. Москва «Радио и связь» 1985р.
2. Власенко Н.А. Электролюминесцентные устройства отображения информации. Киев: Об-во ”Знание” Украины, 1991. 24 с.
3. Бригднов И.Ю., Гурин Н.Т. // Письма в ЖТФ. 1990. Т. 16. В. 23. С. 71–74.
4. Бригаднов И.Ю., Гурин Н.Т., Рябинов Е.Б. // ЖПС. 1993. Т. 59. В. 1–2. С. 175–181.
5. Knoll P.M., Herzog B., Sybrichs R. Electronics Displays 97 Konferenzband. 1997. P.65.
6. Antikainen M., Haaranen J., Honkala J., Lahonen M., Liias V._M., Pakkala A., Pitkanen T., Soinien E., Runar T. Transparent Emissive Thin_Film Electroluminescent Display. SID 00 DIGEST. 2000. P. 885.
7. Kanda S. Reduction of Halo in Transparent Electroluminescent (EL) Display, SID 00 DIGEST. 2000. P. 881.
0 комментариев