211service.com
Nowa elektronika, tańsze telewizory OLED
Organiczne wyświetlacze z diodami elektroluminescencyjnymi (OLED) są energooszczędne i wyraźne, ale wysokie koszty produkcji sprawiły, że nie są tak powszechnie dostępne jak wyświetlacze ciekłokrystaliczne (LCD), zwłaszcza w większych urządzeniach, takich jak telewizory. Nowy rodzaj elektroniki OLED może pomóc obniżyć koszty produkcji i znacznie zwiększyć dostępność technologii.
Test tranzystora: Szklane slajdy na tym zdjęciu są wzorowane na tranzystorach przeznaczonych do sterowania wyświetlaczami OLED. Metalowe sondy i przewody są używane do testowania ich działania.
Mówi się, że nie ma dobrego rozwiązania na wytwarzanie elektroniki OLED, którą można by tanio powiększyć Andrzeja Rinzlera , profesor fizyki na Uniwersytecie Floryda. Rinzler kierował pracami nad opracowaniem rodzaju elektroniki do diod OLED, który, jak ma nadzieję, zapewni takie rozwiązanie. Praca została częściowo sfinansowana przez firmę venture capital Nano Holdings .
Piksele w wyświetlaczach OLED wykorzystują tranzystory do stymulowania cząsteczek organicznych, które następnie emitują różne kolory światła. Wyświetlacze OLED nie potrzebują filtrów marnujących światło, które sprawiają, że wyświetlacze LCD są takie energetyczne. Ale wyświetlacze LCD dominują na rynku w dużej mierze, ponieważ macierze tranzystorów z amorficznego krzemu używane do napędzania wyświetlaczy LCD mogą być wykonane na obszarach tak dużych jak drzwi garażowe jednego samochodu, a następnie pokrojone na mniejsze kawałki, aby stworzyć wyświetlacze dla telewizorów i innych urządzeń. Produkcja na taką skalę pomaga obniżyć koszty.
Producenci wyświetlaczy OLED nie mogą używać tej samej elektroniki, ponieważ przełączanie pikseli w OLED wymaga stosunkowo wysokich prądów, które szybko spalają tranzystory z amorficznego krzemu. Zamiast tego dzisiejsze wyświetlacze OLED są zbudowane na droższych macierzach tranzystorów polikrystalicznych i krzemowych. Największy wyświetlacz OLED na rynku (w Europie, ale jeszcze niedostępny w USA) to 15-calowy model firmy LG. Sprzedaje się za nieco ponad 2300 USD; Telewizor LCD tego samego rozmiaru kosztuje mniej niż 200 USD.
Tańszą elektronikę OLED można teoretycznie wykonać przy użyciu materiałów organicznych zarówno do elektroniki, jak i pikseli. Tranzystory wykonane z organicznych półprzewodników zapewniają wysokie prądy potrzebne do napędzania pikseli OLED. Jednak elektrony poruszają się powoli przez konwencjonalne tranzystory organiczne, co powoduje, że wyświetlacz nie odświeża obrazu wystarczająco szybko. Aby przyspieszyć działanie tych tranzystorów, inżynierowie zmienili konstrukcję, zmniejszając komponenty, aby zbliżyć do siebie elektrody źródłowe i drenażowe i zmniejszyć kanał. To sprawia, że urządzenie jest szybsze, ponieważ elektrony nie muszą podróżować tak daleko przez materiał organiczny tworzący kanał, który nie może bardzo szybko przewodzić elektronów. Jednak wytwarzanie takich urządzeń o wysokiej rozdzielczości wymaga kosztownych technik litograficznych.
Tańszą metodą, opracowaną przez Rinzlera i współpracowników, jest zbliżenie do siebie elektrod źródła i drenu tranzystora poprzez ułożenie komponentów jeden na drugim zamiast obok siebie. Grupa Rinzlera, w tym doktoranci Mitchell McCarthy i Bo Liu, wykonała te tranzystory, umieszczając na szklanym podłożu warstwę aluminium, która pełni rolę elektrody bramkowej, a następnie utleniając ją, aby utworzyć cienką warstwę izolacyjną na wierzchu. Następnie naukowcy osadzili ultracienką, rozcieńczoną warstwę nanorurek węglowych pełniących rolę elektrody źródłowej, następnie warstwę materiałów organicznych pełniących rolę kanału, a na koniec górną warstwę złota pełniącą rolę elektrody drenażowej. Każda z tych błon jest bardzo cienka, co zapewnia dobrą wydajność bez konieczności stosowania technik litografii o wysokiej rozdzielczości, mówi Rinzler.
Nowe urządzenia elektroniczne Rinzlera opisane w czasopiśmie online Litery nano , działają również przy jednej dziesiątej napięcia konwencjonalnej elektroniki OLED, co oszczędza energię. Naukowcy z Florydy nie stworzyli jeszcze wielkopowierzchniowych wyświetlaczy OLED napędzanych pionowymi układami tranzystorów, ale Rinzler twierdzi, że tranzystory działają przy odpowiednim prądzie i napięciu, aby to osiągnąć. Chociaż naukowcy do tej pory tworzyli te macierze na szkle, techniki stosowane do ich wytwarzania są kompatybilne z elastycznymi podłożami i mogą być wykorzystane do tworzenia elastycznych wyświetlaczy OLED.
Pionowa struktura elektronowa została po raz pierwszy zaproponowana w 1994 roku przez Aby skontaktować się z Yang , profesor inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles oraz Alan Heeger , profesor inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara. Heeger podzielił się 2000 Nagroda Nobla w dziedzinie chemii za odkrycie i rozwój polimerów przewodzących, takich jak te zastosowane w nowym urządzeniu. W połowie lat 90. Yang i Heeger rozpoczęli opracowywanie tych urządzeń za pośrednictwem firmy UNIAX, która została następnie przejęta przez DuPont. Kiedy obaj wykonali swoją oryginalną pracę, wydajność dostępnych materiałów nie była tak dobra, jak jest dzisiaj.
Nanorurki węglowe nie były dostępne w 1994 roku, mówi Yang. W urządzeniu Rinzlera, jak mówi, cienka warstwa nanorurek pozwala na bardzo mały upływ prądu, co jest problemem, który wysysał energię z poprzednich projektów. Urządzenia z Florydy również przełączają się znacznie szybciej niż było to możliwe w przeszłości. Wykonali świetną robotę, sprawiając, że urządzenie działa znacznie lepiej. Jestem pewien, że ten artykuł będzie miał istotny wpływ na elektronikę organiczną – mówi.
Rinzler pracuje obecnie nad uproszczeniem architektury wyświetlaczy OLED w nadziei na dalsze zmniejszenie kosztów i złożoności produkcji. Zamiast budować emitujący światło piksel obok tranzystorów, Rinzler chce zbudować niskoenergetyczne tranzystory organiczne, które same emitują światło. Jego grupa wykazała, że możliwe jest wytwarzanie organicznych tranzystorów emitujących światło, jeśli materiały aktywne są elektroluminescencyjne, ale tranzystory te działają tylko przy wysokich napięciach, co czyni je niepraktycznymi. Rinzler jest przekonany, że pionowa architektura oparta na nanorurkach i elektrodach może znacznie poprawić wydajność tych urządzeń.