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第一台透明的石墨烯电极OLED显示屏问世

2017-01-12
类别:业界动态
eye 489
文章创建人 拍明


灵活,清晰,极其坚固的石墨烯是热和电流的杰出导体,这使得它成为下一代电子设备的热门材料。在这方面,研究人员第一次使用石墨烯制造OLED电极。这可能会导致一系列新的组件,包括更好的触摸屏和更高效的太阳能电池。


附着到OLED(有机发光显示器)的电极约2cm x 1cm(1/2英寸 x 1/4英寸),使用化学气相沉积(CVD)工艺制造,其中甲烷和氢气被泵入真空室中,铜板被加热到800℃(1,472°F)。其中,两种气体之间发生化学反应,并当甲烷溶解到铜中时,其在表面上形成石墨烯原子。一旦该层充分形成,使整个装置冷却,施加保护性聚合物片,然后化学蚀刻掉铜以显露纯石墨烯的单原子层。


Fraunhofer有机电子学,电子束和等离子体技术FEP项目负责人Beatrice Beyer博士说,“这是极苛刻材料研究和集成的真正突破。虽然这不是第一个在其构造中使用石墨烯的柔性显示屏,但它首次引入OLED技术,向全色屏幕和快速响应时间迈出一大步。”


从导体,到超级电容器,太阳能电池和一系列其他电子设备,石墨烯被广泛应用,这种材料制成的显示屏改善光伏电池,可穿戴设备,柔性纺织品和医疗器械的寿命,耐用性和可用性,这项研究可能导致这些领域在不久将来有突飞猛进的发展。

OLED显示屏

OLED显示屏

有机电激发光二极管由于同时具备自发光,不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性,被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。

发光原理

有机发光显示技术由非常薄的有机材料涂层和玻璃基板构成。当有电荷通过时这些有机材料就会发光。OLED发光的颜色取决于有机发光层的材料,故厂商可由改变发光层的材料而得到所需之颜色。有源阵列有机发光显示屏具有内置的电子电路系统因此每个像素都由一个对应的电路独立驱动。OLED具备有构造简单、自发光不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广等优点,技术提供了浏览照片和视频的最佳方式而且对相机的设计造成的限制较少。

特点

OLED为自发光材料,不需用到背光板,同时视角广、画质均匀、反应速度快、较易彩色化、用简单驱动电路即可达到发光、制程简单、可制作成挠曲式面板,符合轻薄短小的原则,应用范围属于中小尺寸面板。

显示方面:主动发光、视角范围大;响应速度快,图像稳定;亮度高、色彩丰富、分辨率高。

工作条件:驱动电压低、能耗低,可与太阳能电池、集成电路等相匹配。

适应性广:采用玻璃衬底可实现大面积平板显示;如用柔性材料做衬底,能制成可折叠的显示器。由于OLED是全固态、非真空器件,具有抗震荡

技术功能

有机发光二极管 (OLED)显示器越来越普遍,在手机、媒体播放器及小型入门级电视等产品中最为显著。不同于标准的液晶显示器,OLED 像素是由电流源所驱动。若要了解 OLED 电源供应如何及为何会影响显示器画质,必须先了解 OLED 显示器技术及电源供应需求。本文将说明最新的 OLED 显示器技术,并探讨主要的电源供应需求及解决方案,另外也介绍专为 OLED 电源供应需求而提出的创新性电源供应架构。

背板技术造就软性显示器  高分辨率彩色主动式矩阵有机发光二极管 (AMOLED) 显示器需要采用主动式矩阵背板,此背板使用主动式开关进行各像素的开关。液晶 (LC) 显示器非晶硅制程已臻成熟,可供应低成本的主动式矩阵背板,并且可用于 OLED。许多公司正针对软性显示器开发有机薄膜晶体管 (OTFT) 背板制程,此一制程也可用于 OLED 显示器,以实现全彩软性显示器的推出。不论是标准或软性 OLED,都需要运用相同的电源供应及驱动技术。若要了解 OLED 技术、功能及其与电源供应之间的互动,必须深入剖析这项技术本身。OLED 显示器是一种自体发光显示器技术,完全不需要任何背光。OLED 采用的材质属于化学结构适用的有机材质。  OLED 技术需要电流控制驱动方法  OLED 具有与标准发光二极管 (LED) 相当类似的电气特性,亮度均取决于 LED 电流。若要开启和关闭 OLED 并控制 OLED 电流,需要使用薄膜晶体管 (TFT)的控制电路。

进阶节能模式可达到最高效率和任何电池供电的设备一样,只有在转换器以整体负载电流范围的最高效率进行运作时,才能达到较长的电池待机时间,这对于 OLED 显示器尤其重要。OLED 显示器呈现全白时会耗用最大的电源,对于其它任何显示色彩则电流相对较小,这是因为只有白色需要所有红、绿、蓝子像素都全亮。举例来说,2.7 吋显示器需要 80mA 电流来呈现全白影像,但只需要 5mA 电流显示其它图标或图形。因此,OLED 电源供应需要针对所有负载电流达到高转换器效率。为了达到如此的效率,需要运用进阶的节能模式技术来减少负载电流,以降低转换器切换频率。由于这是透过电压控制震荡器 (VCO) 完成,因此能够将可能的 EMI 问题降至最低,并且能够将最低切换频率控制在一般 40kHz 的音讯范围以外,这可避免陶瓷输入或输出电容产生噪音。在手机应用中使用这类装置时,这特别重要,而且可简化设计流程。

按发光特性来说白光不是耗电最大,是以亮度值来决定耗电量的。如红,蓝,绿亮度值是10的一起亮时会产生30亮度值的白光。因此将红,蓝,绿亮度值调成3.3合成一个10的白光值(理论值)。从LED或OLED来说人眼看到同样的亮度,蓝光耗电最大。


石墨烯 (二维碳材料)

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜,是一种只有一个原子层厚度的准二维材料,所以又叫做单原子层石墨。它的厚度大约为0.335nm,根据制备方式的不同而存在不同的起伏,通常在垂直方向的高度大约1nm左右,水平方向宽度大约10nm到25nm,是除金刚石以外所有碳晶体(零维富勒烯,一维碳纳米管,三维体向石墨)的基本结构单元。

很早之前就有物理学家在理论上预言,准二维晶体本身热力学性质不稳定,在室温环境下会迅速分解或者蜷曲,所以其不能单独存在。[1]  直到2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯,证实它可以单独存在,对于石墨烯的研究才开始活跃起来,两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品,制造超微型晶体管,用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅,计算机处理器的运行速度将会快数百倍。

另外,石墨烯几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。另一方面,它非常致密,即使是最小的气体分子(氦气)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料,如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。

作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,石墨烯被称为“黑金”,是“新材料之王”,科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

主要应用编辑

石墨烯对物理学基础研究有着特殊意义,它使一些此前只能纸上谈兵的量子效应可以通过实验来验证,例如电子无视障碍、实现幽灵一般的穿越。但更令人感兴趣的,是它那许多“极端”性质的物理性质。

因为只有一层原子,电子的运动被限制在一个平面上,石墨烯也有着全新的电学属性。石墨烯是世界上导电性最好的材料,电子在其中的运动速度达到了光速的1/300,远远超过了电子在一般导体中的运动速度。

在塑料里掺入百分之一的石墨烯,就能使塑料具备良好的导电性;加入千分之一的石墨烯,能使塑料的抗热性能提高30摄氏度。在此基础上可以研制出薄、轻、拉伸性好和超强韧新型材料,用于制造汽车、飞机和卫星。

随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破,石墨烯的产业化应用步伐正在加快,基于已有的研究成果,最先实现商业化应用的领域可能会是移动设备、航空航天、新能源电池领域。

消费电子展上可弯曲屏幕备受瞩目,成为未来移动设备显示屏的发展趋势。柔性显示未来市场广阔,作为基础材料的石墨烯前景也被看好。有数据显示2013年全球对手机触摸屏的需求量大概在9.65亿片。到2015年,平板电脑对大尺寸触摸屏的需求也将达到2.3亿片,为石墨烯的应用提供了广阔的市场。韩国三星公司的研究人员也已制造出由多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏,相信大规模商用指日可待。

另一方面,新能源电池也是石墨烯最早商用的一大重要领域。之前美国麻省理工学院已成功研制出表面附有石墨烯纳米涂层的柔性光伏电池板,可极大降低制造透明可变形太阳能电池的成本,这种电池有可能在夜视镜、相机等小型数码设备中应用。另外,石墨烯超级电池的成功研发,也解决了新能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的问题,极大加速了新能源电池产业的发展。这一系列的研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺就了道路。

由于高导电性、高强度、超轻薄等特性,石墨烯在航天军工领域的应用优势也是极为突出的。前不久美国NASA开发出应用于航天领域的石墨烯传感器,就能很好的对地球高空大气层的微量元素、航天器上的结构性缺陷等进行检测。而石墨烯在超轻型飞机材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用。




责任编辑:Davia

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标签: 石墨烯 OLED

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