Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физические основы оптоэлектроники. Светодиоды. Учебное пособие
.pdf
светодиодов (ОЯ СИД) различной цветовой гаммы, в том числе
Сила света
λ, нм
Синий пик
Зеленый пик
Красный пик
470 525 590
белого свечения.
Человеческий глаз воспринимает свет как белый, если все
три группы рецепторов его сетчатки возбуждены в
определенном соотношении. Изобретение синих светодиодов
замкнуло RGB-круг и сделало возможным создание светодиодов
белого света. На данный момент существуют три способа
получения белого света с помощью светодиодов. Первый –
смешивание в определенной пропорции излучений красного,
зеленого и синего светодиодов. При этом могут быть
использованы как отдельные светодиоды разных цветов, так и
трехкристальные светодиоды, объединяющие кристаллы
красного, синего и зеленого свечения в одном корпусе.
На рис. 2.6 показана зависимость спектральной плотности
излучения от длины волны, необходимая для получения белого
света путем смешивания в определенной пропорции излучений
красного, зеленого и синего светодиодов.
Рис. 2.6. Получение белого света путем смешивания излучений
красного, синего и зеленого светодиодов [1]
41
Основой более дешевого и распространенного светодиода
белого света является полупроводниковый кристалл структуры
InGaN, излучающий на длине волны 460...470 нм (синий свет), с
нанесенным на его поверхность люминофором на основе YAG
(иттрий-гадолиниевых грантов), активизированных Ge3+,
излучающим в широком диапазоне видимого спектра с
максимумом в его желтой части.
Получение белого света с помощью кристалла синего
светодиода, покрытого слоем желтого люминофора,
представлено на рис. 2.7.
Рис. 2.7. Получение белого света с помощью кристалла синего
светодиода, покрытого слоем желтого люминофора [1]
Человеческий глаз комбинацию такого рода воспринимает
как белый цвет.
Подобные светодиоды намного дешевле трехкристальных,
отличаются хорошей цветопередачей, а по светоотдаче (до 30
лм/Вт) уже обогнали лампы накаливания (15 лм/Вт).
Еще один метод получения белого света – возбуждение
трехслойного люминофора светодиодом ультрафиолетового
спектра (УФ-СИД).
42
На рис. 2.8 показано получение белого света с помощью
светодиода и RGB-люминофора.
Общий
УФ СИД
Сила света
спектр
Излучение
люминофора
410 525 590 630
Рис. 2.8. Получение белого света с помощью светодиода и
RGB-люминофора [1]
2.5. Органические светодиоды
В начале 1980-х гг. компанией Eastman Kodak была
запатентована технология органических светодиодов (Organic
Light Emitting Diodes – OLED). На данный момент технология
OLED обладает большими перспективами. Это объясняется
такими ее достоинствами, как высокие яркость и контрастное
отношение, недостижимые с помощью других технологий, а
также отсутствие необходимости подсветки и соответственно
низкое энергопотребление [1]. Помимо этого с помощью
технологии OLED возможно изготавливать светоизлучающие
панели большой площади, без корпуса, что существенно
снижает стоимость конечного прибора [11].
Светодиод OLED представляет собой многослойную
структуру, состоящую из нескольких органических слоев.
Структура таких светодиодов чаще всего представляет собой
470
λ, нм
43
две пластины из стекла, прозрачного пластика или фольги,
между которыми расположены тонкие слои органических
молекул (рис. 2.9). Одним из проводящих полимеров,
используемых в технологии OLED, является полианилин. В
качестве материала слоя, испускающего свет, выбирают
полифлуорен. Слой катода может быть прозрачным или нет в
зависимости от цели создания световой панели [11].
Рис. 2.9. Структура органического светодиода [11]
Принцип работы органического светодиода заключается в
том, что при подаче напряжения на прибор электроды
инжектируют в соответствующие органические пленки
носители заряда (электроны и дырки), которые под действием
электрического поля дрейфуют навстречу друг другу,
рекомбинируя в промежуточном слое с излучением фотона.
Параметры OLED-панели во многом определяет ее тип –
пассивно-матричный (PMOLED) или активно-матричный
(AMOLED).
44
Пассивно-матричные OLED представляют собой матрицу
элементов изображения, образуемую пересекающимися
анодными и катодными линиями, как можно видеть на рис. 2.9.
При подаче с помощью внешнего контроллера на определенные
столбцы и строки входного напряжения и сигнала передачи
видеоданных высвечиваются соответствующие элементы
изображения. Чем больше проходящий ток, тем ярче пиксел.
Для формирования изображения напряжение на каждую строку
должно подаваться в течение времени 1/N, затрачиваемого на
сканирование экрана с числом строк N [1].
Панели этого типа просты в изготовлении, но требуют
применения достаточно дорогостоящих внешних схем
управления. К тому же они потребляют большую мощность.
Анализ эффективности PMOLED показал, что на их основе
целесообразно выполнять дисплеи с диагональю не больше 2...3
дюймов и числом строк до 100. Такие дешевые дисплеи с малым
информационным содержанием находят достаточно широкое
применение в сотовых телефонах, МР3-плеерах и портативных
электронных играх [1].
Активно-матричные OLED выполняются на стеклянных
подложках, на поверхности которых располагаются
тонкопленочные транзисторы (ТПТ) (рис. 2.10),
обеспечивающие индивидуальную адресацию каждого пиксела
дисплея и позволяющие тем самым снизить потребляемую им
мощность. Для формирования ТПТ-матрицы наиболее
перспективен метод низкотемпературной обработки
поликристаллического кремния. При использовании AMOLED
сокращается число требуемых внешних схем управления и
существенно упрощаются электрические соединения между
модулем дисплея и остальными блоками системы.
45
Рис. 2.10. Структура активно-матричного OLED
Активно-матричные OLED пригодны для создания
дисплеев больших размеров, а также для использования в
составе сенсорных дисплеев.
При изготовлении органических светодиодов используются
следующие способы осаждения органических молекул [11]:
- осаждение органического вещества из паровой фазы
(organic vapor phase deposition, OVPD): при низком давлении в
камере нагретое органическое вещество переносится газомносителем к охлаждённой подложке и осаждается на ней в виде
тонкой плёнки;
- вакуумное осаждение или вакуумное термическое
испарение (vacuum deposition or vacuum thermal evaporation,
VTE): нагретые в вакуумной камере органические молекулы
переносятся к холодной подложке и осаждаются на ней в виде
тонкой плёнки. Процесс дорогостоящий и неэффективный;
- струйная печать (inkjet printing): молекулы
«разбрызгиваются» по поверхности подложки. Процесс
значительно уменьшает стоимость изготовления и позволяет
создавать органические панели большой площади, например для
80-дюймовых ТВ экранов или электронных табло. Технология
представляет огромный интерес и активно развивается.
46
Заключение
Таким образом, в учебном пособии представлена
информация о фотометрических и энергетических
характеристиках оптоэлектронных приборов. Рассмотрены
некоторые вопросы физики полупроводников, поясняющие
основные квантовые явления в полупроводниках. Второй раздел
пособия посвящен описанию основных характеристик,
параметров, а также конструкций светоизлучающих диодов.
Библиографический список
1. Игнатов А. Н. Оптоэлектроника и нанофотоника: учеб.
пособие. СПб.: Издательство «Лань», 2011. 544 с.
2. Физика твердого тела: методические указания к
лабораторным работам / Рязан. гос. радиотехн. акад.; сост.: Т.А.
Холомина, В.Н. Ампилогов, Ю.Н. Кобцева, А.В. Лабутин, В.Г.
Литвинов, С.В. Рожков, Ю.А. Туркин; под ред. Т.А. Холоминой.
Рязань, 2002. 96 с.
3. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника. 2-е изд., перераб. и доп.
М.: Радио и связь, 1989. 360 с.
4. Смирнов А.Г. Квантовая электроника и
оптоэлектроника. Минск: Высш. шк., 1987. 196 с.
5. Шуберт Ф. Светодиоды / пер. с англ. под ред. А.Э.
Юновича. 2-е изд. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 496 с.
6. Pankove J. I., Berkeyheiser J.E., Maruska H.P., and Wittke J.
Luminescent properties of GaN // Solid State Commun. 8 1051
(1970).
7. Maruska H.P., Rhines W.C, Stevenson D.A. Preparation of
Mg-doped GaN diodes exhibiting violet electroluminescence // Mat.
Res. Bull. 7, 777 (1972).
8. Craford M.G., Shaw R.W., Herzog A.H., and Groves W.O.
Radiative recombination mechanisms in GaAsP diodes with and
without nitrogen doping // Appl. Phys. 43, 4075 (1972).
47
9. Satoshi Koizumi et al. Ultraviolet Emission from a Diamond
pn Junction // Science 292. 2001. P. 1899-1901.
10. Yoichi Kubota et al. Deep ultraviolet light-emitting
hexagonal boron nitride synthesized at atmospheric pressure //
Science 317. 2007. P. 932-934.
11. Бугров В.Е., Виноградова К.А.. Оптоэлектроника
светодиодов: учеб. пособие. СПб.: НИУ ИТМО, 2013. 174 с.
48
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]