Приборы и устройства для формирования видимого изображения: Учебное пособие, страница 31

где - обратный ток насыщения, - напряжение на p-n  переходе, - заряд электрона, - постоянная Больцмана, - температура, 12 – постоянная величина.

Яркость свечения  в общем случае описывается следующим соотношением:

                                    ,                             (5.8)                          

где величина  уменьшается с ростом  от  до . В рабочем диапазоне можно принять .

Для расчета яркости можно использовать следующее уравнение:

                кд/м²,                     (5.9)               

где  - длина волны излучения, мкм;  - плотность тока через p-n переход, А/см²;  - чувствительность глаза на данной длине волны, лм/Вт ;  и - площади перехода и поверхности излучения соответственно.

Яркость светодиодов сильно зависит от температуры. На рис. 5.2 приведена зависимость относительной яркости светодиодов от температуры окружающей среды.

Установлено, например, что повышение температуры светодиодного светофора с 45 до 60 ⁰С уменьшает его срок службы с 6 до 3 лет, а эксплуатация при 90 ⁰С уменьшает срок службы до 1 года. При 90 ⁰С яркость высококачественных светодиодов красного и жёлтого цвета свечения, изготовленных  на основе AlGaInP, падает более чем на 60 %. Следует отметить, что СИД жёлтого цвета свечения имеют максимальную температурную зависимость излучения (прирост интенсивности при – 40⁰С составляет 163 %, падение при при +74 ⁰С составляет 52 % относительно интенсивности при +25 ⁰С). Эта неудовлетворительная ситуация заставила разработчиков искать выход из создавшегося положения. На фирме Nichia создан светодиод типа NSPY500BS с 10 % падением интенсивности излучения вместо 52 % для прежних аналогов при температуре +74 ⁰С. В диоде использован голубой чип InGaN, на который нанесён люминофор, обеспечивающий жёлтый цвет свечения. Такой же подход использован фирмами Корвет Лайтс, а также Osram и Siemens Semiconductor при создании СИД с белым цветом свечения.

5.1.4.  Органические светодиоды

          OLED-дисплеи имеют определенные преимущества по сравнению, например, с ЖК-дисплеями с подсвет­кой. Они светоэмиссионны по природе и не требуют  подсветки, им не нужны встроенные цветные фильтры и поляризационные пленки. Их конструкция может быть очень тонкой и легкой, а технология про­изводства - дешевле, чем дисплеев на ЖК. OLED-дисплеи имеют высокую яр­кость, контраст и разрешение; лучшее, чем у ЖК-дисплеев, быстродействие и больший угол обзора (свыше 160°). Потребляемая OLED-дисплеями мощность меньше, чем у аналогичных по формату ЖК-дисплеев с задней подсвет­кой, а изображение сохраняет высокий контраст как в темноте, так и на свету. У OLED-дисплеев есть и существен­ный недостаток - малая долговечность. Слой органического материала дегради­рует со временем, и яркость свечения уменьшается. Реальная долговечность OLED, достигнутая на 2002 г. в серийных дисплеях для зеленого цвета, - 10 тыс. ч, для красного - 4 тыс. ч, а для синего - всего 700 ч.

Конструкция OLED-дисплеев во многом напоминает конструкцию ЖК-дисплеев. Вместо жидкого крис­талла в OLED используется полимер­ная пленка с особыми свойствами.

OLED в отличие от ЖК-дисплея является токовым, а не полевым прибором: яркость элемента изображения оп­ределяется силой тока, протекающего через элемент, и не зависит от напряже­ния.  Элементом изображения в OLED-дисплее являет­ся органический микросветодиод.

Известны два вида OLED, отличающиеся размером молекул: мелкомолекулярные, в которых размер молекул используемого материала  меньше размера молекул простейшего белка, и крупномолекулярные (полимерные) светодиоды.

Мелкомолекулярные светодиоды изготавливают в виде Kodak-структуры. Такая структура представляет собой несколько слоёв, наносимых испарением на стеклянную подложку. Излучение генерируется при переходе носителей между слоем тригидроксихинолина алюминия и слоем прозрачного оксида индия и олова (ITO). Общая толщина органического напыления составляет от 100 до 150 нм, что на порядок меньше толщины слоя неорганического СИД.

Усовершенствованные структуры содержат флуоресцентный слой подкрашенного кумарина и дополнительные слои ITO, что повышает эффективность. Такие мелкомолекулярные светодиоды используются для получения красного, синего и зелёного света. Они обеспечивают светоотдачу около 10-15 кд/А (7-10 лм/Вт), что сопоставимо с характеристиками ламп накаливания.

Полимерные светодиоды имеют более высокую проводимость полимерных слоёв, что позволяет снизить управляющее напряжение. Ранние модели ПСД состояли из одного активного слоя полифенилвинилена, расположенного между металлическими контактами из ITO и кальция для обеспечения инжекции и дырок, и электронов. ITO играет роль поставщика дырок, а кальций отдаёт электроны. Современные ПСД содержат ещё один слой  полимера для инжекции и переноса дырок. Полимерные слои наносятся методом центрифугирования, что более экономично, чем термическое испарение для мелкомолекулярных светодиодов.

Органические светодиоды на полифенилвинилене излучают желтый свет, характеризуются высоким КПД и долговечностью. Обеспечивая приемлемую яркость компьютерного монитора, они работают более 10 тыс. часов.

На основе молекул полифлуорена были разработаны другие виды полимеров и их смесей, позволяющие получить любой цвет - от красного до зелёного. Однако их рабочий ресурс существенно меньше, чем у диодов на основе полифенилвинилена. К тому же пока не удалось синтезировать материал, эмитирующий синий свет.

 Органический слой в полимерном светодиоде находится между ортогональной системой электродов катодов и анодов (рис. 5.3, а). Со стороны анода органический слой имеет прозрачную зону транспортировки дырок, затем светоэмиссионную зону, где и происходит процесс светоиспускания в результате рекомбинации дырок и электронов, и, на­конец, электронную транспортную зону. В качестве материалов для катодного (светоотражающего) слоя обычно ис­пользуются Li - AI или Mg - Ag. Анод­ный слой - прозрачная пленка ITО. Между слоем ITО и зо­ной, поставляющей дырки, может при­сутствовать буферный слой.