Chúng ta ai chắc cũng từng nghe về OLED trên các quảng cáo về tivi, điện thoại thông minh, màn hình máy tính, laptop và rất nhiều các thiết bị sử dụng màn hình hiển thị khác. Vậy OLED là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng như thế nào? Công nghệ OLED có ưu nhược điểm ra sao so với các công nghệ hiển thị khác? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết này nhé!

Giới thiệu tổng quan

OLED (tên đầy đủ trong tiếng Anh là organic light-emitting diode, tiếng Việt là diode phát quang hữu cơ), là một loại diode phát quang (LED) trong đó lớp phát xạ điện quang là một màng thuốc (film) làm bằng vật liệu là một loại chất bán dẫn hữu cơ có khả năng phát sáng khi có dòng điện chạy qua. Lớp phát sáng này, được đặt giữa hai điện cực và thường thì ít nhất một trong hai điện cực này là trong suốt.

OLED được dùng với vai trò hiển thị số (digital display) trong các thiết bị như màn hình của tivi, máy vi tính, điện thoại di động, máy chơi điện tử cầm tay, và thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân (PDA).

Diode phát sáng hữu cơ có thể hoạt động mà không cần đèn nền (backlight), tức là nó có thể hiển thị màu đen mức độ đậm. OLED có thể nhỏ hơn và nhẹ hơn một màn hình tinh thể lỏng (LCD). Trong môi trường ánh sáng yếu, diode phát sáng hữu cơ có thể có tỉ lệ tương phản cao hơn so với màn hình tinh thể lỏng, bất kể màn hình tinh thể lỏng sử dụng đèn huỳnh quang cathode lạnh hay diode phát sáng ngược sáng.

Một mạch điện tử sử dụng màn hình OLED

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Một diode phát sáng hữu cơ loại thông thường bao hàm một tấm vật liệu hữu cơ đặt giữa hai điện cực âm (cathode) và dương (anode), tất cả chúng được đặt trong một khối chất nền. Trong đó:

Tấm nền: thường được làm từ nhựa trong hoặc thủy tinh, nhiệm vụ chính của nó là chống đỡ cho các phần khác của màn hình OLED.
Anode: hay còn gọi là anot (cực dương) sẽ tạo ra các lỗ trống mang điện dương mỗi khi dòng điện chạy qua thiết bị.
Lớp dẫn hữu cơ: phần này gồm có lớp dẫn và lớp phát sáng có nhiệm vụ truyền tải các lỗ trống từ cực dương (anode), còn lớp phát sáng có nhiệm vụ truyền tải các electron từ cực âm (cathode).
Cathode: hay còn gọi là catot hoặc cực âm sẽ tạo ra electron mỗi khi có dòng điện chạy qua thiết bị.

Quá trình phát sáng của các diode phát quang hữu cơ trong tấm nền OLED được gọi là sự phát lân quang điện tử. Tiến trình này diễn ra khá phức tạp với trình tự như sau:

Sau khi dòng điện chạy qua từ nguồn điện, một dòng các electron sẽ chạy từ cực âm qua các lớp hữu cơ tới cực dương.
Tiếp đó, tại biên giới giữa lớp phát quang và lớp dẫn, các electron sẽ gặp các lỗ trống, theo vật lý lượng tử, khi electron gặp một lỗ trống, nó sẽ tái hợp với lỗ trống này và tạo nên năng lượng dưới dạng một photon ánh sáng. Từ đó tấm nền OLED sẽ phát ra ánh sáng.

Sơ đồ thiết kế của một diode phát sáng hữu cơ hai lớp:
1. Cathode (-) / 2. Lớp phát xạ / 3. Phát xạ / 4. Lớp dẫn điện / 5. Anode (+)

Ưu nhược điểm của tấm nền OLED

So với màn hình tinh thể lỏng (LCD) và màn hình hiển thị phẳng (FDP), diode phát sáng hữu cơ (OLED) có các ưu và nhược điểm sau:

Ưu điểm:

Chi phí thấp trong tương lai: diode phát sáng hữu cơ có thể được "in" vào bất cứ mặt phẳng nào bằng công nghệ in phun hay in lưới, vì vật trên lý thuyết sản xuất diode ít tốn kém hơn so với màn hình tinh thể lỏng hay màn hình hiển thị plasma. Tuy nhiên, việc sản xuất các giá thể cho diode tốn kém hơn so với sản xuất TFT LCD, ít nhất là cho đến khi người ra tìm ra phương pháp sản xuất hàng loạt với chi phí thấp.
Nhẹ và mềm dẻo: màn hình hiển thị OLED có thể được chế tạo bằng các vật liệu chất dẻo, và điều này mở ra khả năng sản xuất các diode phát sáng hữu cơ dẻo (FOLED) có thể được sử dụng trong việc chế tạo các màn hình hiển thị có thể cuộn hay gấp, thậm chí "in" các màn hình nên vải hay quần áo. Chất liệu hữu cơ chế tạo diode có thể là loại vật liệu rẻ như polyetylen terephtalat (PET), vì vậy chi phí sản xuất chúng có thể không quá đắt tiền.

Màn hình OLED dẻo có thể uốn cong

Góc nhìn rộng và độ sáng cao: màn hình OLED có thể có tỉ lệ tương phản nhân tạo rất cao (cả khoảng cách tĩnh lẫn động, được tính toán trong điều kiện thuần tối) và góc nhìn rộng hơn so với màn hình tinh thể lỏng, bởi vì các diode phát sáng hữu cơ phát sáng trực tiếp. Các điểm ảnh màu do diode tạo ra hiển thị rất chính xác và không bị trượt, kể cả khi góc nhìn của người xem đạt đến 90 độ so với pháp tuyến.

Góc nhìn và độ tương phản của màn hình OLED so với LED thông thường

Hiệu suất và độ dày được cải thiện: màn hình tinh thể lỏng lọc ánh sánh phát ra qua một backlight, chỉ để một phần nhỏ ánh sáng chạy qua, và vì vậy nó không thể hiển thị màu đen thuần đúng nghĩa. Trong khi đó, diode phát sáng hữu cơ có thể hiển thị màu đen đơn giản bằng cách... không phát sáng và không tiêu thụ điện năng, và sắc đen này là trung thực. Do không sử dụng thiết bị backlight, màn hình dùng OLED sẽ có khối lượng thấp hơn và sẽ ít tốn kém hơn.

Các điểm ảnh của màn hình OLED có thể sáng độc lập và không cần đèn nền

Thời gian phảm ứng: diode phát sáng hữu cơ có thời gian phản ứng nhanh hơn các màn hình tinh thể lỏng. Màn hình tinh thể lỏng phản ứng trong khoảng thời gian 1-16 mili giây, tốc độ làm mới là 68–480 Hz, trong khi trên lý thuyết thì diode phát sáng hữu cơ có thời gian phản ứng chỉ 0,01 mili giây và tốc độ làm mới là 100.000 Hz.

Nhược điểm:

Chi phí sản xuất hiện tại còn cao
Tuổi thọ thấp hơn công nghệ LED: Nguyên nhân là do tấm nền OLED rất dễ hỏng khi gặp nước và chất liệu được sử dụng để sản xuất tấm vật liệu hữu cơ của OLED có tốc độ thoái hóa nhanh theo thời gian, nhất là diode phát sáng xanh lam có tuổi thọ còn thấp hơn các diode còn lại nên màu sắc có thể sai dần theo thời gian.

Ứng dụng của công nghệ OLED

Tấm nền OLED ngày nay được sử dụng cực kỳ rộng rãi trên các sản phẩm, thiết bị công nghệ như tivi, màn hình máy tính, điện thoại thông minh, laptop...và được các ông trùm công nghệ như Samsung, LG, Apple, Sony...trang bị trên các sản phẩm cao cấp của mình với độ chính xác màu cao, độ phân giải cao cũng như tuổi thọ ngày càng được cải thiện.