Ne tik pasaulio, bet ir Lietuvos spaudoje pasirodo vis daugiau užuominų apie ateities šviesos ir spalvų technologijų lyderius – organinius šviesos diodus. Manoma, kad jų pagrindu pagaminti vaizduokliai bus itin ploni, lankstūs, atsparūs mechaniniam poveikiui ir skaidrūs.
Šviečiantys organiniai puslaidininkiai
Ne tik pasaulio, bet ir Lietuvos spaudoje pasirodo vis daugiau užuominų apie ateities šviesos ir spalvų technologijų lyderius – organinius šviesos diodus. Manoma, kad jų pagrindu pagaminti vaizduokliai bus itin ploni, lankstūs, atsparūs mechaniniam poveikiui ir skaidrūs.
Puslaidininkinės medžiagos paskatino elektronikos revoliuciją. Ilgus metus karaliavo neorganinės kristalinės medžiagos (silicis, germanis). Naujų medžiagų sintezės laimėjimai praplėtė puslaidininkių sąvoką, ir į rinką ėmė veržtis organinės medžiagos. O gal tai reiškia, kad geriau už motiną gamtą jau nieko nesugalvosi?
Anglis, vandenilis, deguonis, azotas – tai pagrindiniai organinių medžiagų atomai. Begalinės šių atomų junginių konfigūracijos su nedidelėmis kitų elementų priemaišomis pateikia alternatyvias medžiagas, naudojamas beveik visose srityse.
Pirmieji organinių šviesos diodų OLED (organic light emitting diode) bandymai nuvylė dėl menko efektyvumo ir trumpo medžiagų gyvavimo laikotarpio. Svarbus žingsnis žengtas įterpus plonas organines plėveles tarp krūvininkus tiekiančių elektrodų.
Pirmuosiuose polimeriniuose OLED – PLED (polymeric LED) buvo tik vienas aktyvus polifenileno vinileno (PPV) sluoksnis tarp indžio ir alavo oksido ITO (indium-tin-oxide) bei metalo kontaktų. Prijungus įtampą, iš anodo keliauja skylės, o iš katodo – elektronai. Priešingo ženklo krūvininkai migruoja organiniame sluoksnyje, kol susitinka ir rekombinuoja suformuodami eksitoną. Pereinant iš sužadintos į pagrindinę būseną išspinduliuojamas šviesos kvantas. Vieno sluoksnio įtaisai reikalauja didelio medžiagų ir konstrukcijos suderinimo, antraip krūvininkai nesusitiks ir nerekombinuos.
1987 metais kompanijos „Kodak“ mokslininkai, naudodami du plonus organinių medžiagų sluoksnius, sukūrė efektyvesnį OLED. Tokiame „sumuštinyje“ vienas sluoksnis optimizuotas skylėms ir transportui, kitas – elektronams. Priešingo ženklo krūvininkai yra užlaikomi plėvelių sandūroje, kol sutikę savo „porą“ rekombinuoja.
Optimizuojant šią schemą galimas ir trečias (ketvirtas, ...) tarpinis sluoksnis, atitinkamai parenkant jo medžiagą pagal funkciją – transporto ar liuminescencinę. Skyles transportuojanti medžiaga galėtų būti polietilendioksitiopenas-polistirensulfonatas (PDOT/PSS) ir jo dariniai, liuminescuojanti – polifluorenas (PFO).
Paprastai šviesą spinduliuoja tik eksitonai, kuriuos sudarančių dalelių sukiniai yra priešingo ženklo. Šios (singuletinės) būsenos spinduliavimas vadinamas fluorescencija. Kadangi susitinkančių krūvininkų sukiniai gali būti įvairūs, mažėja tokio įtaiso efektyvumas. Spinduliuotę galima sustiprinti papildomai naudojant sluoksnius, turinčius sunkiųjų metalų, pavyzdžiui, iridžio. Tokiu atveju spinduliuoja ir singuletinės, ir tripletinės būsenos (fosforescencija). Fosforescuojančių medžiagų OLED efektyvumas yra daug didesnis.
Spalvos
Naudojant skirtingo bangos ilgio šviesą liuminescuojančias medžiagas, gaunami reikiamų spalvų šviesos diodai. Teoriškai paprasčiausias būdas pagaminti spalvotą vaizduoklį – trispalvius raudonos, žalios ir mėlynos (RGB) spalvų taškus išdėstyti triadomis ant atitinkamos elektrodų matricos. Šie taškai gali būti formuojami pritaikius „InkJet“ (spausdinimo rašalo čiurkšle) technologiją. Tačiau šiandien skystųjų kristalų (LCD) ekranuose spalvos išgaunamos trijų spalvų filtrais. LCD rinka iš dalies stabdo OLED plėtrą, bet kartu ir siūlo gamintojams nebrangią išeitį, kaip be didelių investicijų pereiti prie organinių medžiagų panaudojimo – gaminti šių dviejų technologijų hibridus. LCD gamybos technologiją galima nesunkiai pritaikyti organinėms medžiagoms.
OLED lustuose naudojamas mėlynos spalvos šviestukas, o raudona ir žalia spalvos gaunamos užliejus papildomus atitinkamų organinių medžiagų sluoksnius. Mėlynos šviesos sužadintos medžiagos išspinduliuoja jau kito bangos ilgio šviesą (fotoliuminescencija).
Kompanija „Universal Display“ neseniai pasiūlė naują spalvinių vaizduoklių gamybos būdą. Sluoksniuotame OLED (SOLED) raudoną, mėlyną ir žalią šviesą emituojantys posluoksniai formuojami ne greta, o vienas ant kito. Dėl tokios konstrukcijos triskart padidėja vaizduoklio raiška ir pagerėja vaizdo kokybė. Dar vienas būdas išgauti spalvas – naudoti interferencines celes OLED – RCOLED (resonant cavity OLED). Toki būdu spinduliuojama balta šviesa, o reikiama spalva suformuojama šviesos interferencijos principu (panašiai dėl paviršinės naftos produktų plėvelės baloje susidaro vaivorykštė). Iš vienos celės galima gauti visą spalvų spektrą. Abu OLED „sumuštinio“ elektrodai turi būti skaidrūs. Celės ilgis (šviesos kelias) valdomas elektriškai judinant atspindinčią membraną. Atsižvelgiant į kelio ilgį, sustiprėja reikiamo bangos ilgio šviesa. OLED prietaisai bus taikomi ir apšvietimui. Parinkus dvi medžiagas, spinduliuojančias vienas kitą papildančius spektrus, galima gauti baltai šviečiančius diodus. Keičiant šių medžiagų koncentraciją, gaunama visa atspalvių paletė.
Vaizduoklių tipai
Taškai ekrane formuojami pasyviosiomis arba aktyviosiomis matricomis. Pasyvioji matrica gaunama nusodinus elektrodų medžiagą eilutėmis ir stulpeliais. Tarp elektrodų „grotelių“ liejami organinių medžiagų sluoksniai. Vaizdas perduodamas iš eilės nuskaitant kiekvieną eilutę ir joje parenkant stulpelius – trumpam įjungiamos vaizdui reikalingos ekrano ląstelės. Vaizdas atnaujinamas kas 1/60 sekundės.
Pasyvioji matrica paprastai naudojama gaminant vienspalvius vaizduoklius. Aktyviąją matricą sudaro plonų plėvelių tranzistoriai TFT (thin film transistor), kurie individualiai adresuojami eilutėmis ir stulpeliais. Kiekvieną vaizdo tašką formuoja bent du tranzistoriai. Kitaip nei pasyvaus adresavimo sistemoje, TFT tranzistoriai išlaiko būseną ir intensyvumą iki kito nuskaitymo ciklo. Aktyvaus adresavimo vaizduokliai yra brangesni, tačiau ryškesni ir eikvoja mažiau energijos.
Šiandien ir rytoj
Šiandien rinkoje jau siūloma įvairių OLED pavyzdžių. Kol kas masiškai gaminami maži vienspalviai ekranai įvairiai buities technikai: mobiliesiems telefonams („Samsung“/NEC, „Motorola“, LG, „Fujitsu“, „Sanyo“), automobilių garso technikai („Pioneer“, TDK, „Kenwood“), barzdaskutėms („Philips“). Spalvotieji vaizduokliai jau montuojami „Kodak“ skaitmeniniuose fotoaparatuose „EasyShare LS633“. Neseniai pateikti ir keli televizoriams tinkamų spalvotųjų vaizduoklių prototipai („Samsung“, „Sony“, „Sanyo“, „Philips“).
Kol kas OLED ilgaamžiškumas netenkina vartotojų poreikių (siekia 10 000 darbo valandų, kol išblykšta iki pusės pradinio skaisčio), o jų gamybos išlaidos didesnės už analogiškų LCD. Tačiau manoma, kad OLED vaizduokliai bus gerokai plonesni, lengvesni, lankstūs, skaidrūs (išjungti), eikvos mažiau elektros energijos. Dėl šių ir kitų originalių savybių OLED vaizduoklius bus galima naudoti įvairiose srityse, galbūt net tose, apie kurias mūsų godi vartotojiška vaizduotė nė nenumano.
Organinių šviesos diodų technologijų užuomazgų jau yra ir mūsų šalyje. Lietuvos mokslininkai, turėdami įdirbį neorganinių šviesos diodų ir puslaidininkinėmis bei liuminescencinėmis savybėmis pasižyminčių organinių darinių srityse, turimą potencialą gali pritaikyti OLED kurti. Fizikos institute, Vilniaus universitete bei dar keliose Lietuvos mokslo įstaigose jau nagrinėjamos naujos organinių medžiagų šviesos pritaikymo galimybės.
Straipsnį pateikė Kompiuterija – PC World.
