Màn hình Oled là gì? Có nên mua hay không?

Màn hình OLED là gì và những ưu điểm cũng như nhược điểm của nó là gì?

Mặc dù thị trường màn hình OLED đang phát triển mạnh mẽ, không phải ai cũng có đầy đủ thông tin để trả lời hai câu hỏi trên.

Nếu bạn thuộc vào nhóm người đang tìm hiểu về màn hình OLED, hãy tiếp tục đọc để tìm hiểu về nó cùng với Hoàng Long LED.

Màn hình Oled là gì?

Màn hình Oled là gì? Có nên mua hay không?

Điốt phát sáng hữu cơ (OLED) là một loại điốt phát sáng (LED) trong đó lớp điện phát quang là một màng làm từ vật liệu bán dẫn hữu cơ có khả năng phát ra ánh sáng khi có dòng điện đi qua nó. Lớp phát quang này được đặt giữa hai điện cực và thông thường, ít nhất một trong các điện cực này trong suốt.

Điốt phát sáng hữu cơ được sử dụng cho màn hình kỹ thuật số trong các thiết bị như màn hình tivi, màn hình máy tính, điện thoại di động, máy chơi game cầm tay và thiết bị hỗ trợ kỹ thuật số cá nhân (PDA).

Hiện nay, một nhánh nghiên cứu quan trọng về công nghệ này đang tập trung vào phát triển điốt phát sáng hữu cơ cho các ứng dụng chiếu sáng ở trạng thái rắn.

Điốt phát sáng hữu cơ có hai loại chính. Loại thứ nhất chủ yếu bao gồm các vật liệu bao gồm các phân tử nhỏ, trong khi loại thứ hai sử dụng polyme. Bằng cách đưa các ion di động vào một điốt phát sáng hữu cơ, có thể tạo ra các tế bào điện hóa phát sáng (LEC) với nguyên lý hoạt động hơi khác so với các điốt phát sáng hữu cơ truyền thống. Các thiết bị hiển thị sử dụng điốt phát sáng hữu cơ có thể sử dụng cơ chế đánh địa chỉ ma trận thụ động (PMOLED) hoặc cơ chế đánh địa chỉ ma trận chủ động (AMOLED). Điốt sử dụng địa chỉ ma trận hoạt động có thể cho phép hiển thị lớn hơn và có độ phân giải cao hơn so với loại ma trận thụ động, nhưng chúng yêu cầu bảng nối đa năng bóng bán dẫn màng mỏng để bật và tắt từng pixel riêng lẻ.

Điốt phát sáng hữu cơ có thể hoạt động mà không cần đèn nền, nghĩa là chúng có thể hiển thị mức độ đen thực sự. Màn hình OLED có thể nhỏ hơn và nhẹ hơn màn hình tinh thể lỏng (LCD). Trong điều kiện ánh sáng yếu, điốt phát sáng hữu cơ có thể đạt được tỷ lệ tương phản cao hơn LCD, bất kể LCD sử dụng đèn huỳnh quang cathode lạnh hay đèn nền LED.

Lịch sử

Màn hình Oled là gì? Có nên mua hay không?

Hiện tượng điện phát quang trong vật liệu hữu cơ lần đầu tiên được quan sát thấy vào đầu những năm 1950 bởi André Bernanose và các đồng nghiệp của ông tại Đại học Nancy ở Pháp. Khi dòng điện xoay chiều cao áp truyền qua không khí tới các vật liệu hữu cơ như 3,6-Acridindiamine được đặt trên hoặc trộn vào màng xenlulo hoặc giấy bóng kính, người ta quan sát thấy hiện tượng này xảy ra. Cơ chế đằng sau hiện tượng này được cho là liên quan đến việc kích hoạt các nguyên tử màu hoặc sự kích thích của các electron.

Năm 1960, Martin Pope và nhóm của ông tại Đại học New York đã phát triển các điện cực phun tinh khiết tiếp xúc trực tiếp với các tinh thể hữu cơ. Pope và nhóm của ông cũng mô tả các điều kiện năng lượng (tái hợp bức xạ) cần thiết cho các vùng tiếp xúc của lỗ phun và electron. Các vùng giao diện này là một phần cơ bản của cơ chế nạp điện tích cho các điốt phát quang hữu cơ hiện đại. Nhóm của Pope cũng là những người đầu tiên quan sát được (năm 1963) hiện tượng điện phát quang của dòng điện một chiều trong môi trường chân không ở tinh thể anthracene tinh khiết hoặc tinh thể anthracene trộn với tetracene. Thí nghiệm sử dụng điện thế 400 V và điện cực bạc. Cơ chế đằng sau hiện tượng này được cho là do điện trường kích thích các electron bên trong các phân tử phát quang.

Năm 1965, nhóm của Pope công bố một báo cáo khoa học cho biết, khi không có điện trường ngoài, hiện tượng điện phát quang trong tinh thể anthracene là do sự tái hợp của các lỗ trống và electron bị kích thích nhiệt. Ngoài ra, độ dẫn điện của anthracene được phát hiện là có năng lượng cao hơn so với độ dẫn điện của chất kích thích. Cùng năm đó, W. Helfrich và WG Schneider thuộc Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Canada đã trình diễn thành công quá trình điện phát quang gây ra bởi sự tái hợp phun kép, sử dụng một tinh thể anthracene duy nhất với các điện cực phun tạo lỗ trống và electron. Đây có thể coi là bước đi tiên phong cho thiết bị phun kép hiện đại. Cũng trong năm 1965,

Hiện tượng điện phát quang từ chất nền màng polyme lần đầu tiên được quan sát bởi Roger Hugh Partridge tại Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia ở Vương quốc Anh. Màng polymer được làm từ poly(n-vinylcarbazole) có độ dày 2,2 micromet, được đặt giữa hai điện cực phun. Thí nghiệm của Patridge được cấp bằng sáng chế vào năm 1975 và được công bố vào năm 1983.

Thiết bị điốt phát sáng hữu cơ đầu tiên được Eastman Kodak ghi lại, do Ching W. Tang và Steven Van Slyke phát minh vào năm 1987. Thiết bị này có thiết kế mới lạ với các lớp hữu cơ riêng biệt, một lớp vận chuyển lỗ trống và lớp kia vận chuyển điện tử. Sự tái hợp và phát quang xảy ra ở vùng tiếp xúc giữa các lớp hữu cơ này. Thiết kế này giúp giảm thiểu điện áp hoạt động cần thiết và cải thiện hiệu suất của thiết bị, tạo tiền đề cho các điốt phát quang hữu cơ hiện đại.

Nghiên cứu về vật liệu polymer có khả năng phát quang điện đã mang lại kết quả đáng kể với báo cáo khoa học của JH Burroughes và những người khác vào năm 1990 tại Phòng thí nghiệm Cavendish ở Cambridge. Báo cáo thảo luận về một màng polymer phát ra màu xanh lá cây, hiệu quả cao được làm từ các lớp vật liệu poly(p-phenylene vinylene) 100 nm.

Cấu tạo của màn hình OLED

Màn hình Oled là gì? Có nên mua hay không?

Một điốt phát sáng hữu cơ thông thường (OLED) thường bao gồm một lớp vật liệu hữu cơ được kẹp giữa hai điện cực, cực âm (âm) và cực dương (dương), tất cả đều nằm trong một khối đế. Các phân tử hữu cơ trong OLED có khả năng dẫn điện do hiện tượng định vị các electron pi, gây ra bởi sự liên hợp của các phần khác nhau trên quỹ đạo của các phân tử hữu cơ. Độ dẫn điện của vật liệu hữu cơ trong OLED rất khác nhau; một số là chất dẫn điện tốt, trong khi một số khác là chất cách điện, vì vậy nhìn chung, lớp hữu cơ của OLED được coi là chất bán dẫn hữu cơ. Các quỹ đạo chứa đầy electron năng lượng cao nhất (HOMO) và các quỹ đạo trống năng lượng thấp nhất (LUMO) của các chất bán dẫn hữu cơ này tương ứng với dải hóa trị và dải dẫn của chất bán dẫn vô cơ.

Thiết kế cơ bản đơn giản nhất của OLED chỉ bao gồm một lớp vật liệu hữu cơ, giống như thiết bị phát quang điện đầu tiên do JH Burroughes và các đồng nghiệp chế tạo, bao gồm một lớp poly(p-phenylene vinylene). Các loại OLED phức tạp hơn bao gồm nhiều lớp vật liệu hữu cơ khác nhau để nâng cao hiệu quả của thiết bị. Việc lựa chọn vật liệu được thực hiện để cải thiện độ dẫn điện và tạo điều kiện thuận lợi cho việc phun điện tích vào các điện cực, bằng cách cung cấp cấu hình electron liên tục hơn hoặc bằng cách ngăn chặn sự truyền điện tích giữa các điện cực. Các thiết bị OLED hiện đại có cấu trúc hai lớp, một lớp dẫn điện và một lớp phát xạ ánh sáng. Những tiến bộ gần đây đã cải thiện hiệu suất lượng tử của OLED lên tới 19% bằng cách sử dụng thiết kế tiếp xúc dị thể được phân loại. Trong thiết kế này, OLED chỉ có một lớp hữu cơ với mật độ lỗ trống và mật độ electron khác nhau tùy thuộc vào vùng của lớp phát xạ. Mục đích của thiết kế này là kết hợp những ưu điểm của thiết kế truyền thống bằng cách cải thiện việc nạp điện tích trong khi vẫn duy trì sự cân bằng trao đổi điện tích trong khu vực phát ra.

Khi OLED hoạt động, một điện áp được đặt trên toàn bộ thiết bị, khiến cực dương có điện tích dương so với cực âm. Vật liệu làm cực dương dùng cho OLED được lựa chọn dựa trên các tiêu chí như độ truyền ánh sáng, độ dẫn điện và độ ổn định hóa học. Trong cấu hình này, các electron di chuyển qua OLED từ cực âm đến cực dương, lấp đầy các quỹ đạo trống (LUMO) trong lớp hữu cơ và bị hút ra khỏi các quỹ đạo chứa đầy (HOMO) ở cực dương. Quá trình này được gọi là tiêm lỗ vào HOMO. Lực tĩnh điện mang các lỗ trống và electron lại gần nhau hơn và chúng kết hợp với nhau để tạo thành các exiton, trạng thái liên kết của electron và lỗ trống. Phần lớn quá trình tái hợp này xảy ra ở lớp phát xạ, giống như trong vật liệu bán dẫn hữu cơ, lỗ trống linh động hơn electron. Khi trạng thái exciton của electron và lỗ trống phân rã, năng lượng được phát ra, kèm theo đó là sự phát xạ của bức xạ có tần số và bước sóng trong phổ khả kiến, hay nói cách khác là ánh sáng khả kiến ​​được phát ra. Tần số của bức xạ phụ thuộc vào vùng cấm của vật liệu, trong trường hợp này là sự chênh lệch năng lượng giữa HOMO và LUMO.

Vì electron và lỗ trống là những fermion có spin h/2, nên một exciton có thể tồn tại ở trạng thái đơn hoặc trạng thái bộ ba, tùy thuộc vào cách các spin của electron và lỗ trống kết hợp với nhau. Theo thống kê, có ba bộ ba kích thích được hình thành cho mỗi bộ ba kích thích. Sự phân rã của trạng thái bộ ba (lân quang) không thể xảy ra thông qua các quá trình lật spin, làm tăng thời gian chuyển tiếp bức xạ và hạn chế hiệu suất bên trong của các thiết bị phát quang. Tuy nhiên, điốt phát quang hữu cơ huỳnh quang có khả năng sử dụng các tương tác quỹ đạo quay để kích thích sự giao thoa giữa các hệ thống giữa trạng thái bộ đơn và bộ ba, cho phép phát xạ từ cả hai trạng thái và nói chung là tăng hiệu suất bên trong tổng thể.

Màng mỏng oxit thiếc indi (ITO) thường được sử dụng để chế tạo cực dương. ITO trong suốt với ánh sáng khả kiến ​​và có độ dẫn điện cao, giúp tăng cường khả năng phun lỗ vào HOMO của lớp hữu cơ. Một lớp vật liệu PEDOT:PSS đôi khi được coi là lớp vận chuyển lỗ (HTL) vì mức năng lượng HOMO của nó nằm giữa chức năng làm việc của ITO và HOMO của vật liệu polymer thông thường, làm giảm rào cản năng lượng cho việc phun lỗ. Kim loại bari hoặc canxi thường được sử dụng làm cực âm vì chúng có công năng thấp, giúp tăng cường quá trình phun electron vào LUMO của lớp hữu cơ. Những kim loại này có khả năng phản ứng hóa học cao nên chúng thường được bọc bằng một lớp nhôm bên ngoài để ngăn chặn sự ăn mòn hóa học.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các đặc tính của cực dương, đặc biệt là hình thái bề mặt tại giao diện giữa cực dương và lớp vận chuyển lỗ trống (HTL), đóng vai trò quan trọng đối với hiệu suất, công suất và tuổi thọ của điốt phát sáng hữu cơ. Các lỗi trên các bề mặt này có thể làm giảm độ bám dính, tăng sức đề kháng và thúc đẩy hình thành các “điểm tối” không phát xạ bên trong vật liệu OLED, do đó làm giảm tuổi thọ của OLED. Một số phương pháp được sử dụng để giảm độ nhám của chất nền ITO/thủy tinh, bao gồm việc sử dụng đóng gói màng mỏng và tự lắp ráp các vật liệu đơn lớp. Các vật liệu mới cho cả chất nền và cực dương giúp cải thiện hiệu suất và tuổi thọ cũng đang được khám phá, chẳng hạn như cực dương làm bằng sapphire được xử lý bằng các lớp vàng mỏng, được cho là có hiệu suất bức xạ cao, điện áp thấp, điện trở thấp,

Các thiết bị đơn giản “giống OLED” thường được sử dụng để nghiên cứu động lực học điện tích và cơ chế truyền năng lượng trong các vật liệu khác nhau, khiến chúng trở thành công cụ hiệu quả để nghiên cứu các quá trình chuyển đổi năng lượng. Khi có dòng điện chạy qua một “diode” như vậy, vật liệu mang điện (lỗ trống hoặc electron) sẽ trải qua quá trình tái hợp và kết quả là không có sự phát xạ ánh sáng. Ví dụ, một “điốt” chỉ chứa các electron có thể được chế tạo bằng cách thay thế dung dịch ITO bằng kim loại có chức năng hoạt động thấp hơn, điều này làm tăng rào cản năng lượng để phun electron hiệu quả. Tương tự, một “điốt” chỉ bao gồm các lỗ có thể được tạo ra khi cực âm chỉ được làm bằng nhôm, vì rào cản năng lượng để phun điện tử hiệu quả quá cao để xảy ra một cách hiệu quả.

Đặc điểm của màn hình OLED

Màn hình Oled là gì? Có nên mua hay không?

Ưu điểm

Các ưu điểm của diode phát sáng hữu cơ (OLED) so với màn hình tinh thể lỏng (LCD) và màn hình hiển thị phẳng (FDP) có thể được trình bày như sau:

• Chi phí thấp trong tương lai: OLED có tiềm năng để giảm chi phí sản xuất trong tương lai. Chúng có thể được sản xuất thông qua công nghệ in phun hoặc in lưới, và lý thuyết cho thấy rằng sản xuất OLED ít tốn kém hơn so với LCD hoặc plasma. Tuy nhiên, việc sản xuất các tinh thể cho OLED vẫn tương đối tốn kém hơn so với TFT LCD, ít nhất là cho đến khi có phương pháp sản xuất hàng loạt với chi phí thấp. Phương pháp bốc hơi và kết tủa cuộn đang được nghiên cứu để sản xuất hàng nghìn màn hình OLED trong một phút với chi phí thấp hơn.
• Nhẹ và mềm dẻo: OLED có thể được chế tạo bằng các vật liệu dẻo, cho phép sản xuất các diode phát sáng hữu cơ dẻo (FOLED) có khả năng cuộn hoặc gấp, thậm chí “in” trên vải hoặc quần áo. Các vật liệu hữu cơ chế tạo OLED có thể là các vật liệu rẻ tiền như polyethylene terephthalate (PET), do đó, sản xuất chúng có thể không quá đắt đỏ.
• Góc nhìn rộng và độ sáng cao: OLED có khả năng cung cấp tỷ lệ tương phản nhân tạo rất cao và góc nhìn rộng hơn so với LCD, vì các diode phát sáng trực tiếp. Màu sắc được tái hiện rất chính xác và không bị trượt, ngay cả khi người xem nhìn từ góc 90 độ so với màn hình.
• Hiệu suất và độ mỏng được cải thiện: OLED không cần sử dụng đèn nền như LCD, do đó, chúng có thể hiển thị màu đen đúng nghĩa bằng cách không phát sáng, không tiêu thụ điện năng. Do không cần backlight, màn hình OLED có khối lượng nhẹ hơn và chi phí sản xuất thấp hơn. Tuy nhiên, để đạt được điều này, cần phải có dây chuyền sản xuất hàng loạt của OLED.
• Thời gian phản ứng nhanh: OLED có thời gian phản ứng nhanh hơn so với LCD. Màn hình LCD thường có thời gian phản ứng từ 1-16 mili giây và tốc độ làm mới từ 68-480 Hz, trong khi OLED có thể có thời gian phản ứng chỉ 0,01 mili giây và tốc độ làm mới lên đến 100.000 Hz. Điều này làm cho OLED thích hợp cho các ứng dụng như màn hình nhấp nháy và giữ mẫu, giống như màn hình CRT, để loại bỏ hiệu ứng mờ trong chuyển động trên màn hình

Nhược điểm

• Chi phí sản xuất cao và phức tạp: Một trong những nhược điểm chính của màn hình OLED hiện nay là chi phí sản xuất cao và phức tạp. Tuy tiềm năng giảm chi phí trong tương lai, nhưng hiện tại, quá trình sản xuất các diode phát sáng hữu cơ vẫn đòi hỏi công nghệ và kỹ thuật cao cấp, từ đó làm tăng giá thành của sản phẩm cuối cùng.
• Hiện tượng burn-in: Màn hình OLED có thể gặp phải hiện tượng burn-in, hay còn gọi là lỗi lưu hình ảnh. Điều này xảy ra khi một hình ảnh cố định được hiển thị quá lâu, dẫn đến việc hình ảnh đó “đốt” vào màn hình và gây ra các vết sáng không mong muốn. Điều này có thể xảy ra trong trường hợp sử dụng màn hình để hiển thị hình ảnh tĩnh trong thời gian dài, chẳng hạn như menu của TV.
• Dễ hư hỏng trong môi trường ẩm thấp hay nước: OLED có khả năng bị hư hỏng khi tiếp xúc với môi trường ẩm thấp hoặc nước. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng di động như điện thoại di động, nơi tiếp xúc với môi trường ẩm ướt có thể gây hỏng hóc cho màn hình. Việc bảo vệ màn hình OLED trước môi trường này vẫn là một thách thức.

Ứng dụng của màn hình OLED

Màn hình Oled là gì? Có nên mua hay không?

Công nghệ màn hình OLED đã có sự ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhờ vào chất lượng hiển thị vượt trội mà nó mang lại. Dưới đây là một số ví dụ về các ứng dụng của màn hình OLED:

• Tivi và Màn hình Hiển thị: Các hãng công nghệ lớn như Samsung, LG, Sony và nhiều nhà sản xuất khác đã áp dụng công nghệ màn hình OLED vào các sản phẩm tivi của họ. Màn hình OLED giúp tạo ra hình ảnh sắc nét, mịn màng, và màu sắc chân thực hơn so với các thiết kế trước đó. Điều này cải thiện trải nghiệm xem phim và trò chơi của người dùng.
• Điện thoại di động: Nhiều điện thoại di động cao cấp sử dụng màn hình OLED. Màn hình OLED giúp tiết kiệm năng lượng, cung cấp độ sáng và màu sắc tốt hơn, và cho phép tạo ra các thiết kế mỏng và nhẹ hơn.
• Máy tính bảng: Các máy tính bảng sử dụng màn hình OLED để cung cấp hình ảnh rõ nét và màu sắc sống động cho người dùng, đồng thời giảm tiêu thụ năng lượng khi màn hình hiển thị nội dung đen.
• Đèn chiếu sáng và Đèn nền: OLED cũng được sử dụng trong các ứng dụng chiếu sáng. Chúng có thể tạo ra ánh sáng mềm mại và đẹp mắt, và có khả năng điều chỉnh độ sáng linh hoạt. Ngoài ra, OLED cũng được sử dụng làm đèn nền trong các thiết bị điện tử như điện thoại di động và máy tính xách tay.
• Màn hình ô tô: Màn hình OLED được tích hợp vào các hệ thống giải trí và hiển thị thông tin trên các xe hơi. Chúng cung cấp độ sáng, độ tương phản và màu sắc tốt, cải thiện tính năng và trải nghiệm lái xe.
• Thiết bị y tế: OLED cũng được sử dụng trong các thiết bị y tế như máy theo dõi sức khỏe và thiết bị y tế di động. Màn hình OLED giúp hiển thị dữ liệu y tế một cách rõ ràng và dễ đọc.
• Thiết bị đeo thông minh: Các đồng hồ thông minh và thiết bị đeo thông minh khác sử dụng màn hình OLED để hiển thị thông tin cho người dùng một cách hiệu quả về năng lượng.

Vì sao hiện nay màn hình OLED lại đuộc sử dụng nhiều

Màn hình Oled là gì? Có nên mua hay không?

Có một số lí do khiến màn hình OLED được sử dụng phổ biến như:

• Chất lượng hình ảnh vượt trội: Màn hình OLED mang lại chất lượng hình ảnh tốt hơn nhờ sử dụng bộ lọc màu sắc riêng biệt. Điều này tạo ra màu đen sâu hơn và gam màu rộng hơn, cung cấp hiển thị sắc nét và sống động. Bạn cũng có độ tương phản cao hơn với chênh lệch giữa điểm sáng và tối trên màn hình.
• Tiêu thụ ít điện năng: OLED không cần đèn nền LED hoặc mạch điện để phát sáng, giúp tiết kiệm điện năng. Màu đen được tạo ra bằng cách tắt đi hoàn toàn các điểm ảnh, giúp tiết kiệm điện năng tối đa.
• Góc nhìn rộng và ổn định: Màn hình OLED cung cấp góc nhìn rộng hơn, có thể lên đến gần 90 độ mà vẫn duy trì chất lượng hình ảnh và sắc nét, không như màn hình LED truyền thống.
• Bền và nhẹ hơn: Loại bỏ đèn nền và lớp màn trập giúp màn hình OLED nhẹ hơn và bền hơn. Thay vì sử dụng lớp kính nền dễ vỡ và nặng nề, các màn hình OLED sử dụng tấm nền nhựa nhẹ và bền. Các thiết bị OLED có khả năng hoạt động trong nhiều điều kiện nhiệt độ rộng hơn so với màn hình LED thông thường.
• Sự thay thế cho công nghệ LCD: OLED được coi là đối thủ đáng gờm có khả năng thay thế công nghệ LCD. Tuy nhiên, chi phí sản xuất của OLED vẫn khá cao, đặc biệt là đối với màn hình lớn. Điều quan trọng, tuổi thọ của màn hình OLED vẫn đang được nghiên cứu và chưa có con số cụ thể tin cậy