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一個簡單濾鏡將藍色OLED燈變成罕見的白光

2019-11-10    

中國照明網報道

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導語: 自30年前第一個工作裝置被報道出來以后,有機發光二極管(OLED)已經取得了長足的進步。OLED因其黑色、清晰的圖像再現和節能等眾多優勢而備受贊譽,如今它在手機和LG電視的屏幕上占據了主導地位,預計,OLED最早可能會在明年接管iPhone屏幕。

  翻譯自――spectrum,XiaoZhi Lim

  這種巧妙的方法可能會使電視和智能手機屏幕使用更高效的有機發光二極管。

一個簡單的濾鏡可將藍色OLED燈變成罕見的白光

  在添加分布式Bragg[1]反射器以產生白光之前(左)和之后(右)顯示的一個藍色發光OLED,反射器將藍色光轉換成兩種色溫的白光。

  自30年前第一個工作裝置被報道出來以后,有機發光二極管(OLED)已經取得了長足的進步。OLED因其黑色、清晰的圖像再現和節能等眾多優勢而備受贊譽,如今它在手機和LG電視的屏幕上占據了主導地位,預計,OLED最早可能會在明年接管iPhone屏幕。

  芬蘭阿爾托大學的博士后研究員Konstantinos Daskalakis表示,由于OLED成本相對較低而且容易制造,我們應該考慮用它們來制造出用于普通照明的白光。

  激發白光是OLED的致命弱點。通常,為了得到白光,個別的紅色、綠色和藍色發射器會在同一時間發光,從而產生白光。這使得白色成為最耗電的顏色,據報道,這需要6倍于在谷歌像素上產生黑色所需的電量。其他產生白光的方法包括在發射層中摻雜化學物質,但是這種方法使得制造設備更加困難。

  在一項概念驗證實驗中,Daskalakis和他的導師Paivi Torma將傳統的發藍光的OLED轉換成發白色光的OLED,其方法很簡單,就是在OLED上放置一個一組高折射率和低折射率交替材料而成的分布式Bragg反射器(DBR)。

  為了制造這種裝置,Daskalakis首先用標準的真空蒸發技術制備了發出藍光的OLED。他將六層二氧化硅和氧化鉭交變層直接覆蓋在每一個有機發光二極管(OLED)上,然后濺射出一種DBR。

一個簡單的濾鏡可將藍色OLED燈變成罕見的白光

  所謂的DRB,通常被用作反射鏡來制造器件中的光學腔。相反,Daskalakis和Torma決定利用所謂的在DBR內共振的Bragg光纖模式,使用DBR作為轉換器。Bragg光纖模式可以通過改變DBR層厚度來進行調諧。Daskalakis介紹,這些模式發生在紅、綠和藍波段中,當OLED的藍光通過DBR時,一些高能量的藍色光子會轉換成低能量的紅色和綠色光子,之后,紅色、綠色和藍色光子的混合物從設備中產生白光。

  通過這種方法,可以通過改變DBR堆棧的結構來調整光的色溫。在一個器件中,二氧化硅層厚度43納米,氧化鉭層厚41納米。該設備產生了一種溫度在6007k的較暖的白色日光;另一個設備有53納米厚的二氧化硅層和42納米厚的氧化鉭層,產生了溫度4450 K的冷白光。

  同時,通過將反射器應用于不同類型的OLED上,可以分別優化器件的量子效率。與普通的藍色OLED相比,經過轉換的白色OLED的量子效率提高了20%。而且,經過改造的白色OLED在兩個月后也能繼續工作,而普通的藍色OLED在第二天就停止了工作。

  Torma希望這項工作能激勵其他研究人員為DBR尋找更多的用途。“他們有點被忽視了,”“尤其是Bragg模式,人們通常認為擁有非常窄的模式會更好,但我們發現,這些方法實際上非常適合我們的目的。”

  這兩家公司已經申請了專利,并正在努力進一步表征和優化該設備的設計,使這項技術在照明和消費電子領域的潛在應用上大顯身手。

  大體總結了一下OLED的優缺點:

  優點

  1、厚度可以小于1毫米,僅為LCD屏幕的1/3,并且重量也更輕;

  2、固態機構,沒有液體物質,因此抗震性能更好,不怕摔;

  3、幾乎沒有可視角度的問題,即使在很大的視角下觀看,畫面仍然不失真;

  4、響應時間是LCD的千分之一,顯示運動畫面絕對不會有拖影的現象;

  5、低溫特性好,在零下40度時仍能正常顯示,而LCD則無法做到;

  6、制造工藝簡單,成本更低;

  7、發光效率更高,能耗比LCD要低;

  8、能夠在不同材質的基板上制造,可以做成能彎曲的柔軟顯示器。

  缺點

  1、壽命通常只有5000小時,要低于LCD至少1萬小時的壽命;

  2、不能實現大尺寸屏幕的量產,因此目前只適用于便攜類的數碼類產品;

  3、存在色彩純度不夠的問題,不容易顯示出鮮艷、濃郁的色彩。

  電視技術革命之路 OLED取代LCD?

  OLED的特性是自發光,無需背光支持,并且對比度高、亮度均勻、色域和視角廣。

  其次OLED電壓需求低,有反應快、厚度薄、結構簡單、效率高、重量輕等特點。可以不像LCD固定在玻璃面板中,理論上來講,只要用可以彎曲的基板材料,如裝在塑料或金屬箔片等柔性材料上,OLED屏幕的呈現形態即可改變。

  只要用可以彎曲的基板材料,OLED屏幕的呈現形態即可改變。

一個簡單的濾鏡可將藍色OLED燈變成罕見的白光

  OLED為何短命?

  因為OLED需要R、G、B三種材料受電流刺激來主動發光,而三種材料的老化程度不同,用了一段時間后,衰減快的材料亮度下降也快,屏幕便會產生偏色。

  原因是技術上還無法解決B材料(甚至是R材料)的和壽命和穩定性的問題,所以“取巧”的借用容易獲取的G材料(因為它最可靠、最耐用)和R、B材料進行2:1來混合使用,G像素作為主像素,用更大的電流驅動,產生更高的亮度;將R、B像素相對減少,可以間接把R、B材料的壽命和穩定性的問題回避。

  并且OLED的R、G、B三種材料的波長不盡相同,把它們一起放進面板中,如果使用相同發光層,波長短的G、B發光層,為遷就波長最長的R材料,會造成G、B發光層厚度過大,導致光波中摻進無數不必要的“雜質成分”,嚴重影響光線純度,顏色精度難以提高。

  尤其是波長最短的B材料,由于發射層過長,它所摻進的“雜質成分”也最多,導致純度最差,嚴重影響光效。

  這時B材料若要達到和G、R材料相同亮度,必須用更大電流驅動,然后又會導致發熱和功耗的迅速提高,陷入惡性循環。這也是影響B材料壽命和穩定性的重要原因之一(另外B材料本身比較難提取)。

  現在各大廠商的做法是將人眼最敏感的G飽和度調高,使屏幕偏向“艷麗”,這樣可以掩蓋R、B純度的問題,雖然明亮、艷麗,很討好眼球,但帶來的卻是色彩偏移、色域低、拖影等問題(過去我們總是調侃三星的“綠屏”,其實并不是三星不懂較色,而是為了延長使用壽命采取的折中方案)。

  如今,隨著材料的進步,這個問題已經解決。臺工研院研發“OLED表面電漿耦合增益技術”,可以將G頻譜轉換為B光譜,突破有機B材料壽命短的瓶頸。

一個簡單的濾鏡可將藍色OLED燈變成罕見的白光

  PCOLED以技術手段將G頻譜轉換為B頻譜

  臺工研院的解決方案是不使用任何B材料,而是以技術手段將G頻譜轉換為B頻譜,從而開發出OLED表面電漿耦合增益技術PCOLED 。利用DML結構產生平面型電漿耦合效應,可以將G材料的頻譜轉換為B頻譜,白光OLED可以利用G材料取代B材料,不但解決了壽命太短的問題,甚至比傳統OLED延長達20多倍。

  從目前的市場來看,我們依然無法明確指明LCD、OLED誰更有前途。LCD通過HDR、量子點等技術,獲得了長足的進步,尤其是納米材料作為背光源的量子點技術,使LCD的效果可以接近、甚至超越OLED,而成本較低,壽命卻更久。

  OLED擁有LG和一眾國產廠商的支持,綜合體驗還是是如今最出色的。同時隨著技術的不斷成熟,尺寸、分辨率和壽命都有所提升,唯一的問題便是成本,還需要更多時間來被消費市場所接受。

  可以肯定的是,LCD和OLED屏幕在很長時間內還會共存于市場中,也各具優勢,激烈的競爭有望讓消費者以更低的價格獲得更好的顯示效果,對于電視、電腦、顯示器等領域的影響都是積極的。

  LCD、OLED的競爭和CRT時代,普通顯像管和特麗瓏、鉆石瓏的競爭如出一轍。普通顯像管的效果一般,但有價格優勢;而索尼的特麗瓏、三菱的鉆石瓏由于使用單槍三束、三槍三束的技術,效果非常出色,遠超普通顯像管,但價格也要貴出數倍。

  但在CRT時代中,即使特麗瓏、鉆石瓏的畫質優勢處在絕對領先的位置,卻并沒有取代普通顯像管。特麗瓏、鉆石瓏占據高端市場,普通顯像管占據低端市場,它們互有優勢,這種優勢的唯一性也使得市場處于并存的態勢。

  從如今OLED技術來說,雖然最難攻克的壽命瓶頸已經解決,但只要OLED成本無法降到LCD水平,兩者長期并存則是常態,LCD和OLED的競爭也會是當年普通顯像管和特麗瓏、鉆石瓏如出一轍。


  [1] ?Bragg光纖是1978年由Yeh等人提出的一種特殊結構的光纖,其包層由沿徑向周期分布的介質層組成。隨著光子晶體的提出和廣泛研究,Bragg光纖這種一維的光子晶體光纖,由于具備諸多獨特的傳輸特性,再度引起人們的關注。

編輯:嚴志祥

來源:電子工程世界

標簽:藍色  OLED燈  白光  

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