LED , OLED làm việc như thế nào

Một trong những thuận lợi chính chính là hiệu quả . LED không tiêu thụ nhiều năng lượng bằng những đèn sợi đốt thông thường .

1. LED làm việc như thế nào

Diode là gì ?

Diode là một loại thiết bị bán dẫn . Chất bán dẫn là loại vật liệu có khả năng dẫn điện khác nhau .Hầu hết chất bán dẫn được làm từ những chất dẫn điện kém và có thêm những tạp chất ( những nguyên tử hoặc vật liệu khác ) . Quy trình thêm tạp chất đó gọi là Doping .

Trong trường hợp của LED chất dẫn điện thông thường là AlGaAs ( nhôm , gali , asen ) . Trong AlGaSe tinh khiết tất cả những nguyên tử có mối liên hệ chặt chẽ với nhau không giải phóng những điện tử ( những hạt mang điện âm ) dể dẫn điện . Trong tạp chất cho thêm vào với mục đích thêm những nguyên tử để thay đổi sự cân bằng , việc thêm những điện tử tự do hoặc tạo ra những hố ( hole ) ở đó những điện tử có thể đi qua . Việc thêm những tạp chất với mục đích tăng cường khả năng dẫn điện .

Chất bán dẫn nhiều điện tử gọi là vật liệu kiểu N ( Negative , N-type ) , hay là những hạt mang điện âm . Trong vật liệu kiểu N giải phóng điện tử di chuyển từ vùng tích điện âm tới vùng tích điện dương .

Chất bán dẫn có nhiều hố ( Hole ) gọi là vật liệu kiểu P ( Positive , P-type ) thêm những hạt mang điện dương . Những điện tử có thể nhảy từ hố tới hố , di chuyển từ vùng tích điện âm tới vùng tích điện dương . Kết quả của nó là những hỗ tự những di chuyển từ vùng tích điện dương tới vùng tích điện âm .

Diode bao gồm phần vật liệu N-type với phần vật liệu P-type và điện cực tại mỗi đầu , với sự sắp xếp này diode chỉ dẫn điện chỉ theo một hướng . Khi không có điện áp cung cấp vào Diode , những điện tử từ vật liệu N-type lấp đầy những hố của vật liệu P-type tại dọc điểm tiếp xúc giữa hai lớp , khu này gọi là vùng rỗng ( Depletion Zone ) . Trong vùng rỗng chất liệu bán dẫn quay trở về trạng thái cách điện , tất cả những hố được lấp đầy do vậy không có điện tử tự do hoặc khoảng trống cho những điện tử và không có sự nạp điện .

$\"/\"$

Hình 1 : Tại vùng tiếp xúc , những điện tử tự do từ vật liệu N-type lấp đầy những hố trên vật liệu P-type . Điều này tạo thành lớp cách điện ở giữa của Diode gọi là vùng rỗng ( Depletion Zone ) .

Để điều khiển vùng rỗng , bạn cần có sự di chuyển những điện tử từ vùng của N-type tới vùng của P-type . Để làm được điều này bạn nối cạnh của N-type của Diode với điện cực âm và cạnh của P-type với điện cực dương . Những điện tử tự do trong vật liệu N-type sẽ chạy từ cực âm tới cực dương . Những hỗ trong vật liệu P-type di chuyển theo hướng ngược lại . Khi có sự chênh lệch điện áp giữa những điện cực đủ lớn những điện tử trong vùng rỗng sẽ đẩy ra khỏi những hố của nó và bắt đầu di chuyển tự do một lần nữa . Vùng rỗng biến mất và điện tích đi qua Diode .

$\"/\"$

Hình 2 : Những điện tử và những hỗ bắt đầu di chuyển và vùng rỗng biến mất

Nếu bạn cố gắng chạy dòng điện theo cách khác khi nối P-type tới điện cực âm và N-type tới điện cực dương , thì không có dòng điện chạy qua . Những điện tử âm cực trong vật liệu N-type bị hút tới điện cực dương . Những hố dương cực của vật liệu P-type sẽ bị hút về điện cực âm . Như vậy không có dòng điện chảy qua vùng tiếp giáp . Vùng rỗng tăng lên .

$\"/\"$

Hình 3 : Vùng rỗng tăng lên

Diode phát ra ánh sáng như thế nào ?

Ánh sáng là dạng năng lượng được phát ta từ nguyên tử . Nó được tạo bởi nhiều hạt nhỏ chứa năng lượng và động lượng . Những hạt này gọi là Photon và là thành phần cơ bản của ánh sáng .

Những Photon được tạo ra là kết quả của sự dịch chuyển những điện tử . Trong nguyên tử những điện tử chuyển động trong những quỹ đạo xung quanh những hạt nhân . Những điện tử trong những quỹ đạo khác nhau có mức năng lượng khác nhau . Nói chung những điện tử có mức năng lượng lớn hơn di chuyển trong những quỹ đạo xa hơn hạt nhân

$\"/\"$

Hình 4 : Quỹ đạo của điện tử quay xung quanh hạt nhân

Để hạt nhân nhảy từ quỹ đạo thấp hơn tới quỹ đạo ra hơn nghĩa là cần một mức năng lượng cung cấp . Ngược lại , những hạt nhân giải phóng ra năng lượng khi nó rơi từ quỹ đạo cao hơn tới quỹ đạo thấp hơn . Năng lượng này phát ra bằng dạng Photon . Năng lượng lớn hơn giảm xuống giải phóng ra Photon năng lượng cao hơn .

Như chúng ta đã xem trong mục trước , những điện tử tự do di chuyển qua Diode có thể rơi vào những hố trống của lớp P-type . Điều này bao hàm những điện tử tự do rơi từ lớp dẫn điện tới quỹ đạo thấp hơn , do đó những điện tử sẽ giải phóng năng lượng ở dạng những Photon . Điều này xảy ra ở mọi Diode , nhưng chúng ta chỉ có thể nhìn thấy những Photon khi Diode được sản xuất từ một vật liệu nhất định . Ví dụ , những nguyên tử trong những Diode Silicon chuẩn , những điện tử rơi với một cự li ngắn và kết quả là những Photon có tần số thấp được sinh ra và mắt người không nhìn thấy chúng , nó chính là một phần của tia hồng ngoại nằm trong phổ của ánh sáng . LED hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển từ xa .

Bấm Continue để xem quá trình phát tra ánh sáng của Diode

Những Diode phát ra ánh sáng mà mắt người nhìn thấy được gọi là VLED (Visible light-emitting diode) được làm từ những vật liệu riêng với khe rộng hơn giữa vùng dẫn điện và những quỹ đạo thấp hơn . Kích thước của khe đó xác định tần số của Photon hay nói cách khác nó xác định màu của ánh sáng phát ra .

Trong khi tất cả Diode đều giải phóng ra ánh sáng nhưng hầu như không được ứng dụng trong thực tế . Trong những Diode thông thường , vật liệu bán dẫn đã thu lại hầu hết năng lượng của những Photon . LED có cấu trúc đặc biệt để giải phóng ra những Photon ra bên ngoài . Thêm vào đó chúng được thiết kế trong bóng nhựa để tập trung ánh sáng theo hướng liên quan . Như hình dưới hầu hết ánh sáng đập vào thành của bóng và ra bên ngoài .

$\"/\"$

LED có nhiều thuận lợi hơn so với những đèn sợi đốt . Một trong điều đó chính là chúng không có sợi đốt do đó thời gian dùng được lâu hơn . Thêm vào đó bóng nhựa làm cho chúng được bền hơn . Chúng được dễ dàng đặt vừa bên trong mạch điện tử .

Một trong những thuận lợi chính chính là hiệu quả . LED không tiêu thụ nhiều năng lượng bằng những đèn sợi đốt thông thường .

2. OLED làm việc như thế nào

I - Giới thiệu

Những hình ảnh trên TV chất lượng cao có độ rộng 80 inch , mỏng hơn ¼ inch , tiêu thụ năng lượng ít hơn hầu hết mọi TV trên thị trường hiện nay , có thể cuộn lại khi không dùng nữa . Bạn có thể có màn hình hiển thị trong quần áo ... Những thiết bị hiển thị này có thể được dùng trong tương lai gần dựa trên kỹ thuật gọi là OLED (organic light-emitting diodes : Diode phát sáng hữu cơ )

$\"/\"$

Hình 1: TV 40inch của Samsung dùng OLED

OLED là một thiết bị thể rắn bao gồm những phân tử hữu cơ mà tạo ra ánh sáng bằng ứng dụng điện học . OLED có thể cung cấp hiển thị hình ảnh sáng hơn , có thể hiển thị trên những thiết bị uốn cong và tiêu thụ năng lượng ít hơn LED thông thường hoặc những màn hình tinh thể lỏng (LCD) được dùng hiện nay .

II- OLED phát sáng như thế nào ?

OLED phát sáng tương tự như cách của LED , thông qua quá trình xử lí gọi là sự phát sáng lân quang điện .

$\"/\"$

Hình 2 : Quá trình phát sáng trên hiện tượng Phát sáng lân quang điện

Quá trình đó như sau :

1. Nguồn cung cấp của thiết bị OLED cấp điện áp qua OLED .

2. Dòng điện đi từ cực âm ( Cathode ) tới cực dương ( Anode) qua những lớp hữu cơ ( dòng điện ở đây là dòng của Electron )

· Cực âm sinh ra những Electron tới lớp phát ra ( Emissive Layer ) của những phân tử hữu cơ .

· Cực dương chuyển những điện tử từ lớp dẫn điện (Conductor Layer) của những phân tử hữu cơ ( Tương đương với sinh ra những hố Electron tới lớp dẫn điện ) .

3. Tại biên giới giữa những lớp Emissive và lớp Conductor , những điện tử tìm đến những hố điện tử .

· Khi điện tử tìm hỗ điện tử , điện tử lấp đầy hố ( nó rơi vào mức năng lượng nguyên tử mà phát ra ánh sáng ) .

· Khi điều đó xảy ra điện tử sẽ sinh ra mức năng lượng ở dạng Photon của ánh sáng .

4. OLED phát sáng

5. Màu của ánh sáng phụ thuộc vào vào kiểu của phân tử hữu cơ trong lớp Emissive . Những nhà sản xuất đặt vài kiểu của những lớp mỏng hữu cơ trong cùng OLED để làm hiển thị màu .

III-Những kiểu của OLED : Ma trận thụ động ( Passive ) và tích cực ( Active )

Có vài kiểu OLED :

· Ma trận thụ động ( Passive OLED)

· Ma trân tích cực ( Active OLED )

· Trong suốt (Transparent )

· Phát sáng cao nhất (Top-Emitting )

· Có thể gấp được ( Foldable )

· Trắng ( White )

Ma trận thụ động thụ động ( Passive – Matrix OLED , PMOLED )

PMOLED có những dải Cathode ( Âm cực ) , những lớp hữu cơ và những dải Anode ( Dương cực ) . Những dải Anode được xếp vuông góc với những dải Cathode . Tại những điểm giao cắt giữa Anode và Cathode tại nên những Pixel mà ở đó ánh sáng được phát ra . Mạch điện bên ngoài cung cấp dòng điện để lựa chọn những dải Anode và Cathode , tại những vị trí Pixel nào được phát sáng và những Pixel nào thì không được phát sáng . Độ sáng của mỗi Pixel phụ thuộc vào cường độ dòng điện tại những điểm tương ứng .

$\"/\"$

Hình 3 : PMOLED

PMOLED được dễ dàng để sản xuất , nhưng công suất tiêu thụ lại lớn hơn những kiểu OLED khác . Công suất tiêu hao chính lại dùng cho những mạch điện bên ngoài . PMOLED thích hợp nhất cho những hiển thị Text hoặc những biểu tượng với màn hình có kích thước nhỏ ( khoảng 2-3 inch ) như trong PDA , điện thoại di động , thiết bị nghe nhạc MP3 . Nhưng ngay cả đối với PMOLED mức tiêu thụ năng lượng còn ít hơn so với LCD hiện thời .

Ma trận tích cực ( Active – Matrix OLED , AMOLED )

AMOLED có những lớp Cathode , Anode và những phân tử hữu cơ , nhưng lớp Anode được phủ lên mang TFT mỏng (Thin Film Transistor ) có dạng mảng . Mảng TFT tự sinh dòng điện để xác định những Pixel phát sang hay không phát sáng trên hình ảnh .

$\"/\"$

Hình 4 : AMOLED

AMOLED tiêu thụ năng lượng ít hơn PMOLED bởi vì mảng TFT yêu cầu năng lượng ít hơn mạch điện bên ngoài , do đó chúng được dùng một cách có hiệu quả đối với màn hình lớn . AMOLED có tốc độ làm tươi màn hình nhanh nên phù hợp với Video . AMOLED được dùng tốt nhất cho màn hình máy vi tính , TV có kích thước lớn và những bảng mạch điện tử dùng cho quảng cáo .

Trong suốt ( Transparrent OLED )

OLED trong suốt chỉ có những thành phần trong suốt ( chất nền , Anode , Cathode ) và khi tắt thì 85% trong suốt là lớp nền . Khi màn hình hiển thị OLED trong suốt phát sáng nó cho phép ánh sáng đi qua cả hai hướng . Màn hỉnh kiểu OLED trong suốt cũng có thể có loại Passive Matrix hoặc Active Matrix

$\"/\"$

Hình 5 : OLED trong suốt

Phát sáng cao nhất ( Top-Emitting OLED )

Top-Emitting OLED có chất nền hoặc phản xạ hoặc không trong suốt . Chúng là lựa chọn tốt nhất trong thiết kế ma trận tích cực . Những nhà sản xuất dùng màn hình hiển thị lạo này trong những Smart Card ( hình thức cao cấp của thẻ tín dụng ).

$\"/\"$

Hình 6 : Top-Emitting OLED

Có thể gấp được ( Foldable OLED )

OLED có thể gấp được được làm bằng chất liệu như lá kim loại mềm dẻo hoặc nhựa . Loại này rất nhẹ và bền . Chúng được dùng trong điện thoại di động , PDA có thể giảm mức độ gãy vỡ , là nguyên nhân chính khi các thiết bị di động bị hỏng . Tiềm năng của OLED gấp được này có thể được gắn trong những bộ quần áo thông minh , thiết bị GPS ....

Trắng ( White OLED )

Loại này phát ra ánh sáng trắng nên sáng hơn , nhiều hình dạng và hiệu suất tiêu thụ năng lượng cao hơn ánh sáng huỳnh quang . Ánh sáng trắng của White OLED cho chất lượng màu trung thực hơn loại nóng sáng . Chính vì thế OLED có thể làm với những tấm lớn hoặc thay thế ánh sáng huỳnh quang trong nhà hoặc trong những Building . Chúng được dùng để tiết kiệm năng lượng

IV- Sự thuận lợi và bất lợi đối với OLED

Ngày nay LCD đang là sự lựa chọn chính trong những thiết bị cần hiển thị với kích thước nhỏ và dùng trong các màn hình lớn thông dụng . Thông thường LED dùng cho dạng số trên những đồng hồ số và những thiết bị điện khác . OLED được cho là thuận lợi hơn LCD và LED :

· Bằng nhựa , những lớp hữu cơ của OLED mỏng hơn , nhẹ hơn mà mềm dẻo hơn những lớp tinh thể trong LED hoặc LCD .

· Do những lớp phát sáng của OLED sáng hơn , chất nền của OLED có thể mềm dẻo hơn nên thay thế được dễ dàng hơn . Chất nền OLED có thể bằng nhựa hơn là bằng kính trong LED và LCD .

· OLED nhẹ hơn LED . Bởi vì những lớp hữu cơ của OLED mỏng hơn những lớp tinh thể vô cơ của LED . Lớp dẫn điện và lớp Emisive của OLED có thể tạo thành nhiều lớp . LED và LCD yêu cầu kính và kính hấp thu ánh sáng . OLED không yêu cầu kính .

· OLED không yêu cấu nguồn sáng phía sau như LCD . LCD làm việc bằng cách ngăn những vùng ánh sáng được chọn để tạo nên hình hình ảnh , trong khi OLED tự phát sáng . Vì OLED không cần nguồn sáng sau nên mức tiêu thụ năng lượng giảm đi so với LCD ( hầu hết công suất của LCD được dùng cấp cho nguồn sáng phía sau ) .

· OLED được dễ dàng để sản xuất và có thể làm với kích thước lớn .

· OLED có góc nhìn rộng khoảng 170 độ . Bới vì LCD làm việc bằng cách ngăn ánh sáng nên chúng có một góc nhìn ánh sáng cố định .

Những vấn đề đối với OLED

OLED dường như là công nghệ hoàn hảo cho tất cả kiểu hiển thị , nhưng chúng cũng có một số vấn đề :

· Thời gian sử dụng : Trong khi những màn mỏng Đỏ và Xanh lá cây của OLED có thời gian dùng từ 10000-40000 giờ , chất hữu cơ màu Xanh nước biển có thời gian ngắn hơn khoảng 1000 giờ .

· Sản xuất : hiện nay quá trình xử lí sản xuất còn đắt

· Nước : nước dễ dàng phá hỏng OLED

$\"\"$ $\"\"$