¿Cuál es el principio de la obtención de imágenes con diodos emisores de luz orgánicos?
Diodo emisor de luz orgánico, es decir, diodo emisor de luz orgánico (diodo emisor de luz orgánico), también llamado pantalla electroluminiscente orgánica (OELD). Desde 2003, este dispositivo de visualización se ha utilizado ampliamente en reproductores MP3 debido a su delgadez y ahorro de energía. Pero para los teléfonos CC y móviles, que son productos digitales, en algunas exposiciones solo se han mostrado muestras de ingeniería con pantallas de diodos emisores de luz orgánicos, y aún no han entrado en la etapa de aplicación práctica. Sin embargo, las pantallas de diodos emisores de luz orgánicos tienen muchas ventajas que las pantallas LCD no pueden igualar.
Descripción general:
La tecnología de visualización de diodos emisores de luz orgánicos es diferente de los modos de visualización de cristal líquido tradicionales. No requiere retroiluminación y utiliza una capa muy fina de material orgánico y un sustrato de vidrio. Estos materiales orgánicos emiten luz cuando una corriente eléctrica los atraviesa. Además, las pantallas de diodos emisores de luz orgánicos pueden hacerse más livianas y delgadas, tener ángulos de visión más grandes y pueden ahorrar energía significativamente. Entre los dos principales sistemas tecnológicos de diodos emisores de luz orgánicos, Japón domina la tecnología de diodos emisores de luz orgánicos de baja molécula, mientras que el llamado OEL de los teléfonos móviles LG PLED de polímero es este sistema. por la empresa tecnológica británica CDT. En comparación con los productos PLED, la coloración todavía presenta dificultades. Los OLED de bajo peso molecular son más fáciles de colorear. No hace mucho, Samsung lanzó 65.530 OLED en color para teléfonos móviles. Sin embargo, aunque los diodos emisores de luz orgánicos con mejor tecnología reemplazarán a los TFT y otras pantallas LCD en el futuro, la tecnología de pantallas emisoras de luz orgánicas todavía tiene deficiencias, como una vida útil corta y dificultades para ampliar la pantalla. Actualmente, Samsung utiliza principalmente OLED. Por ejemplo, el recientemente lanzado SCH-X339 utiliza OLED de 256 colores. En cuanto a OEL, LG lo utiliza principalmente en su CU8180 8280. Todos lo hemos visto. Para ilustrar la estructura de un diodo emisor de luz orgánico, cada unidad de diodo emisor de luz orgánico se puede comparar con una hamburguesa, y el material luminiscente es la verdura intercalada en el medio. Cada unidad de visualización de diodos emisores de luz orgánicos puede producir tres colores diferentes de luz bajo control. Al igual que los LCD, los diodos emisores de luz orgánicos también se pueden dividir en tipos activos y pasivos. En modo pasivo, las celdas seleccionadas por direcciones de fila y columna están iluminadas. En el modo activo, hay un transistor de película delgada (TFT) detrás de la unidad de diodo orgánico emisor de luz, y la unidad emisora de luz es iluminada por el TFT. Los diodos emisores de luz orgánicos pasivos ahorran energía, pero los diodos emisores de luz orgánicos activos tienen un mejor rendimiento de visualización.
Estructura y principio:
La estructura básica del diodo emisor de luz orgánico es una capa fina y transparente de óxido de indio y estaño (ITO) con propiedades semiconductoras conectada al electrodo positivo de la fuente de alimentación y otra capa, el cátodo metálico, está envuelto en una estructura tipo sándwich. Toda la capa estructural incluye una capa de transporte de huecos (HTL), una capa emisora de luz (EL) y una capa de transporte de electrones (ETL). Cuando la fuente de alimentación se suministra a un voltaje adecuado, los agujeros positivos y las cargas negativas en la capa emisora de luz se combinarán para producir luz, y los tres colores primarios de rojo, verde y azul RGB se producen de acuerdo con diferentes fórmulas para formar los colores básicos. Las características de los diodos emisores de luz orgánicos son que emiten luz por sí mismos, a diferencia de los LCD TFT, por lo que tienen alta visibilidad y brillo, seguidos de requisitos de bajo voltaje, alta eficiencia de ahorro de energía, respuesta rápida, peso liviano, espesor delgado, simple. estructura y bajo costo. Considerado uno de los productos más prometedores del siglo XXI. El principio de emisión de luz de los diodos emisores de luz orgánicos es similar al de los diodos emisores de luz inorgánicos. Cuando un componente se somete a corriente continua (corriente continua; CC), la energía de voltaje aplicada impulsa la inyección de electrones y huecos en el dispositivo desde el cátodo y el ánodo, respectivamente. Cuando se encuentran y se combinan en la conducción, forman lo que se llama atrapamiento de huecos de electrones.
Cuando una molécula química es excitada por energía externa, si el espín del electrón se empareja con el electrón en estado fundamental, se encuentra en un estado singlete y la luz que libera se llama fluorescencia. Por otro lado, si los espines del electrón excitado y del electrón en estado fundamental no están apareados y son paralelos, se llama estado triplete, y la luz que emite es lo que se llama fosforescencia. Cuando la posición del estado del electrón regresa del nivel de alta energía excitado al nivel de energía baja estable, su energía se liberará en forma de luminiscencia o disipación de calor, y parte de los fotones se pueden usar como función de visualización, sin embargo, son fluorescentes orgánicos; Los materiales no pueden observar triplete a temperatura ambiente. Estado de fosforescencia, por lo que el límite teórico de eficiencia luminosa de los dispositivos de diodos emisores de luz orgánicos PM es solo 25. El principio de emisión de luz de los diodos emisores de luz orgánicos PM es utilizar la diferencia de nivel de energía del material para convertir la energía liberada en fotones. Por lo tanto, podemos elegir el material apropiado como capa emisora de luz o dopar el tinte. la capa emisora de luz para obtener el color emisor de luz que necesitamos. Además, la reacción combinada de electrones y huecos suele ser de decenas de nanosegundos (ns), por lo que la velocidad de respuesta de los diodos emisores de luz orgánicos PM es muy rápida. Adjunto: Estructura típica de pm-olem. Un diodo emisor de luz orgánico PM típico consta de un ánodo de sustrato de vidrio ITO (óxido de indio y estaño), una capa de material emisivo y un cátodo. Entre ellos, un ánodo de ITO delgado y transparente y un cátodo de metal intercalan la capa orgánica emisora de luz, y cuando los orificios inyectados en el ánodo a través del voltaje se combinan con los electrones del cátodo, el material orgánico se excita para emitir luz. En la actualidad, la estructura de diodo emisor de luz orgánico PM multicapa con buena eficiencia luminosa y amplia aplicación requiere la producción de una capa de inyección de orificios (capa de inyección de orificios; HIL), una capa de transporte de orificios (capa de transporte de orificios; HTL) y una capa de transporte de electrones (capa de transporte de electrones; ETL) y una capa de inyección de electrones (capa de inyección de electrones; EIL), y se debe proporcionar una capa aislante entre cada capa de transporte y el electrodo, por lo que la dificultad de procesamiento de la evaporación térmica es. relativamente alto y el proceso de fabricación se vuelve complicado. Debido a que los materiales orgánicos y los metales son bastante sensibles al oxígeno y al vapor de agua, requieren embalaje y protección después de la producción. Aunque los diodos emisores de luz orgánicos PM deben estar compuestos de varias capas de películas orgánicas, el espesor de las películas orgánicas es sólo de aproximadamente 1000 ~ 1500 A (0,10 ~ 0,15 um), y el espesor total de todo el panel de visualización después del embalaje y agregar desecante es menos de 200 .
Selección de materiales orgánicos emisores de luz
Las características de los materiales orgánicos afectan profundamente el rendimiento de las propiedades optoelectrónicas del dispositivo. En la selección de materiales de ánodo, el material en sí debe tener una alta función de trabajo y transmitancia de luz. Por lo tanto, las películas conductoras transparentes de ITO con alta función de trabajo, rendimiento estable y transmitancia de luz de 4,5 eV-5,3 eV se utilizan ampliamente en los ánodos. En la parte del cátodo, para aumentar la eficiencia luminosa del dispositivo, la inyección de electrones y huecos generalmente requiere metales con función de trabajo baja como Ag, Al, Ca, In, Li, Mg o metales compuestos con función de trabajo baja (como como Mg-Ag-Mg-Ag) para formar el cátodo. Los materiales orgánicos adecuados para transportar electrones no son necesariamente adecuados para transportar huecos, por lo que se deben seleccionar diferentes materiales orgánicos para la capa de transporte de electrones y la capa de transporte de huecos de diodos emisores de luz orgánicos. Los materiales actualmente más utilizados para fabricar capas de transporte de electrones deben tener una alta estabilidad de la película, estabilidad térmica y un buen transporte de electrones, y normalmente se utilizan compuestos colorantes fluorescentes. Como Alq, Znq, Gaq, Bebq, Balq, DPVBi, ZnSPB, PBD, OXD, BBOT, etc. El material de la capa de transporte de huecos pertenece a compuestos fluorescentes de aminas aromáticas, como TPD, TDATA y otros materiales orgánicos. El material de la capa orgánica emisora de luz debe tener las características de una fuerte fluorescencia en estado sólido, buen rendimiento de transporte del portador, buena estabilidad térmica y química, alta eficiencia cuántica y evaporación al vacío. Generalmente, el material de la capa orgánica emisora de luz es el mismo que el material de la capa de transporte de electrones o la capa de transporte de huecos. Por ejemplo, Alq se usa ampliamente en luz verde y Balq y DPVBi se usan ampliamente en luz azul. En términos generales, OLED se puede dividir en dos tipos según el material emisor de luz: OLED de molécula pequeña y OLED de polímero (también llamado PLED). La diferencia entre los diodos emisores de luz orgánicos de molécula pequeña y los diodos emisores de luz orgánicos de polímero se refleja principalmente en los diferentes procesos de preparación del dispositivo: los dispositivos de molécula pequeña utilizan principalmente un proceso de evaporación térmica al vacío, mientras que los dispositivos de polímero utilizan procesos de recubrimiento por rotación o de impresión por pulverización. Los principales fabricantes de materiales de moléculas pequeñas incluyen Eastman, Kodak, Chuguang Shengxing, Toyo Ink Manufacturing, Mitsubishi Chemical, etc.
Los principales fabricantes de materiales poliméricos incluyen: CDT, Covin, Dow Chemical, Sumitomo Chemical, etc. Actualmente, existen más de 1.400 patentes relacionadas con diodos emisores de luz orgánicos en el mundo, incluidas tres patentes básicas. Las patentes básicas para diodos emisores de luz orgánicos de molécula pequeña son propiedad de la empresa estadounidense Kodak, y las patentes de diodos emisores de luz orgánicos poliméricos son propiedad de la CDT británica (Cambridge Display Technology) y la empresa estadounidense Uniax.
Tecnologías clave
1. Pretratamiento del sustrato de óxido de indio y estaño (ITO) (1) Planitud de la superficie del ITO: el ITO se ha utilizado ampliamente en la fabricación de paneles de exhibición comerciales y tiene una alta transmitancia. baja resistividad, alta función de trabajo y otras ventajas. En términos generales, el ITO producido mediante pulverización catódica por radiofrecuencia es propenso a tener irregularidades en la superficie debido a factores de control deficientes del proceso, lo que a su vez produce sustancias en las puntas o protuberancias en la superficie. Además, el proceso de calcinación y recristalización a alta temperatura también producirá una capa convexa con un espesor de superficie de aproximadamente 10 ~ 30 nm. Los caminos formados entre las partículas de estas capas desiguales brindarán oportunidades para que los agujeros se abran directamente hacia el cátodo, y estos caminos intrincados aumentarán la corriente de fuga. ¿Existen generalmente tres formas de solucionar este impacto superficial? Una es aumentar el espesor de la capa de inyección de orificios y de la capa de transporte de orificios para reducir la corriente de fuga. Este método se utiliza principalmente en PLED y diodos emisores de luz orgánicos con capas de agujeros gruesas (~200 nm). En segundo lugar, el vidrio ITO se reprocesa para suavizar la superficie. El tercero es utilizar otros métodos de recubrimiento para suavizar la superficie. (2) Aumento de la función de trabajo de ITO: cuando se inyectan orificios en HIL desde ITO, la excesiva diferencia de energía potencial generará una barrera de energía Schottky, lo que dificultará la inyección de orificios. Por lo tanto, cómo reducir la diferencia de energía potencial en la interfaz ITO/HIL se ha convertido en el foco del pretratamiento de ITO. Por lo general, utilizamos plasma de O2 para aumentar la saturación de los átomos de oxígeno en ITO para aumentar la función de trabajo. Después del tratamiento con plasma de O2, la función de trabajo de ITO se puede aumentar de 4,8 eV a 5,2 eV, lo que está muy cerca de la función de trabajo de HIL. Agregue electrodos auxiliares Dado que los diodos emisores de luz orgánicos son componentes impulsados por corriente, cuando el circuito externo es demasiado largo o demasiado delgado, provocará un gradiente de voltaje grave en el circuito externo, reduciendo el voltaje que realmente cae sobre la luz orgánica. componentes de diodos emisores, lo que resulta en una disminución de la intensidad luminosa del panel. Debido a que la resistencia de ITO es demasiado grande (10 ohmios/cuadrado), fácilmente puede causar un consumo de energía externo innecesario. Agregar electrodos auxiliares para reducir el gradiente de voltaje se convierte en un atajo para mejorar la eficiencia luminosa y reducir el voltaje de conducción. El metal de cromo (Cr: cromo) es el material de electrodo auxiliar más utilizado. Tiene las ventajas de una buena estabilidad a los factores ambientales y una alta selectividad a las soluciones de grabado. Sin embargo, cuando la película es de 100 nm, su valor de resistencia es de 2 ohmios/cuadrado, que sigue siendo demasiado grande en algunas aplicaciones. Por lo tanto, el aluminio con un valor de resistencia más bajo (0,2 ohmios/cuadrado) con el mismo espesor es otra mejor opción para el electrodo auxiliar. Sin embargo, la alta reactividad del aluminio metálico también provoca problemas de fiabilidad. Por tanto, se han propuesto metales auxiliares multicapa como Cr/Al/Cr o Mo/Al/Mo. Sin embargo, estos procesos aumentan la complejidad y el coste, por lo que la selección de materiales de electrodos auxiliares se convierte en una de las claves de la tecnología de diodos emisores de luz orgánicos. 2. Tecnología de cátodo En los paneles OLED de alta resolución, el cátodo fino y el cátodo están aislados. Un método comúnmente utilizado es el método de estructura en hongo, que es similar a la tecnología de revelado de fotoprotectores negativos en la tecnología de impresión. Durante el desarrollo del fotoprotector negativo, muchas variables del proceso pueden afectar la calidad y el rendimiento del cátodo. Los ejemplos incluyen resistencia aparente, constante dieléctrica, alta resolución, alta Tg, baja pérdida de dimensión crítica (CD) y una interfaz de unión adecuada con ITO u otras capas orgánicas. 3. Embalaje (1) Materiales absorbentes de agua: Generalmente, el ciclo de vida de los diodos emisores de luz orgánicos se ve fácilmente afectado por la humedad y el oxígeno circundantes. Hay dos fuentes principales de vapor de agua: en primer lugar, penetra en el componente a través del entorno externo y, en segundo lugar, es vapor de agua absorbido por cada capa de materiales durante el proceso orgánico del diodo emisor de luz. Para reducir la cantidad de vapor de agua que ingresa a un componente o para eliminar el vapor de agua absorbido por un proceso, las sustancias más comúnmente utilizadas son los absorbentes. El desecante puede capturar moléculas de agua que se mueven libremente mediante adsorción química o adsorción física para lograr el propósito de eliminar el vapor de agua en el módulo. ⑵ Desarrollo de procesos y equipos: el flujo del proceso de embalaje se muestra en la Figura 4.
Para colocar el desecante sobre la cubierta y adherir exitosamente la cubierta al sustrato, es necesario secar en un ambiente de vacío o llenar la cavidad con un gas inerte como el nitrógeno. Vale la pena señalar que cómo hacer que la conexión entre la cubierta y el sustrato sea más eficiente, reducir el costo del proceso de empaque y acortar el tiempo de empaque para lograr la mejor tasa de producción en masa se han convertido en los tres objetivos principales del desarrollo del empaque. tecnología y tecnología de equipos.