2017-03-09

Technologia OLED – następca ekranów LED

Technologia Organic LED została opracowana i opatentowana przez firmę Kodak /Sanyo i umożliwia produkcję płaskich, kolorowych wyświetlaczy o jasności i ostrości obrazu przewyższającej technologię LCD. Wyświetlacz wykonany w technologii OLED nie wymaga stosowania podświetlenia, dyfuzorów, polaryzatorów jakie stosowane są w wyświetlaczach LCD.

Wyświetlacz OLED składa się z cienkich organicznych cząstek, które emitują światło pod wpływem przyłożonego napięcia.

Wyświetlacz OLED składa się z:

podłoża wykonanego z przezroczystego plastiku, szkła lub folii;
przezroczystej anody;
dwóch warstw organicznych wykonanych z molekuł organicznych lub polimerowych; jedna z nich to warstwa przewodząca wykonana z organicznych molekuł; druga to warstwa emisyjna wykonana również z molekuł organicznych ale innego rodzaju niż warstwa przewodząca, jej zadaniem jest emisja światła; jednych z polimerów stosowanych dla tej warstwy jest polifluoren;
katody, która może być przezroczysta lub nie w zależności od rodzaju wyświetlacza OLED.

Emisja światła w wyświetlaczu OLED działa na podobnej zasadzie jak emisja światła w diodzie LED:

źródło napięcia zasila katody i anody wyświetlacza OLED;
prąd płynący od katody do anody przepływa przez warstwy organiczne;
katoda dostarcza ładunki ujemne do warstwy emisyjnej;
anoda usuwa ładunki ujemne z warstwy organicznej przewodzącej – jest to równoważne dostarczeniu do warstwy przewodzącej ładunków dodatnich;
na styku warstw emisyjnej i przewodzącej następuje połączenie ładunków ujemnych i dodatnich w wyniku czego zostaje wyemitowane światło widzialne.

Kolor emitowanego światła w technologi OLED

Kolor emitowanego światła zależy od materiału, z jakiego wykonana jest warstwa emisyjna. W wyświetlaczach kolorowych warstwa emisyjna wykonana jest z kilku różnych materiałów. Intensywność świecenia (jaskrawość) zależy od prądu płynącego przez wyświetlacz. Im większy jest prąd, tym większa jasność świecenia.

W pierwszych wyświetlaczach firmy Kodak z roku 1987 stosowano molekuły organiczne. Proces nanoszenia molekuł organicznych był kosztowny ponieważ wymagał próżni. Od roku 1990 w wyświetlaczach OLED zaczęto stosować molekuły polimerowe, których produkcja jest tańsza i mogą być wytwarzane w dużych arkuszach. Polimery stosowane są w dużych wyświetlaczach.

Rodzaje wyświetlaczy OLED

Wyróżnia się dwa podstawowe typy wyświetlaczy OLED:

matryca pasywna
matryca aktywna

oraz następujące rodzaje wyświetlaczy, które mogą być typu pasywnego lub aktywnego:

wyświetlacze przezroczyste
wyświetlacze emitujące światło w jednym kierunku
wyświetlacze zwijane
białe wyświetlacze

Matryca PMOLED składa się pasków stanowiących katodę, warstw organicznych i pasków stanowiących anodę. Paski anody są umieszczone pod kątem 90° w stosunku do pasków katody. Takie rozmieszczenie elektrod powoduje, że piksele wyświetlacza powstają na przecięciach elektrod, w tych punktach emitowane jest światło. Układy zewnętrzne dostarczają prąd do wybranych elektrod – kolumn i rzędów – decydując o tym, które piksele są włączone a które wyłączone. Jaskrawość świecenia każdego piksela zależy od wielkości prądu płynącego przez odpowiednie paski elektrod.

Układ sterujący matrycą dostarcza mocy niezbędnej do uzyskania świecenia, a także sygnału odpowiadającego wyświetlanemu obrazowi. Sygnał danych zwykle steruje liniami kolumn i jest zsynchronizowany z sygnałem sterującym rzędami matrycy. Gdy wybrany jest rząd matrycy, sygnał danych dostarczony do kolumn matrycy decyduje o tym, które piksele są włączone. Sygnał wideo jest wyświetlany poprzez sterowanie wszystkich rzędów matrycy z częstotliwością odświeżania (1/ 60 lub 1/50 sekundy).

Produkcja matryc pasywnych

Produkcja matryc pasywnych jest prosta, lecz pobór mocy przez PMOLED jest wyższy niż pobór mocy matrycy aktywnej. Matryce PMOLED są stosowane w prostych ekranach wyświetlających głównie tekst lub w małych ekranach telefonów komórkowych, odtwarzaczy MP3 itp. W stosunku do wyświetlaczy LCD pobierają one znacznie mniej mocy.

Budowa matryc aktywnych

Aktywna matryca AMOLED składa się z warstwy katody, warstw organicznych i anody, Anoda zawiera matrycę TFT (Thin Film Transistor) składającą się z tranzystorów MOSFET podobną do stosowanych w wyświetlaczach LCD. O tym, które piksele są aktywne i emitują światło decyduje sterowanie tranzystorami matrycy. Każdy piksel matrycy może być zaadresowany indywidualnie dzięki zastosowaniu tranzystorów MOSFET i kondensatorów w warstwie anody. Każdy piksel może być włączony przez dowolny czas.

Matryce AMOLED pobierają mniej mocy niż matryce PMOLED ponieważ matryca TFT pobiera znacznie mniej mocy niż układy sterujące matrycą PMOLED. Są również znacznie szybsze dlatego też idealnie nadają się do stosowania w dużych ekranach monitorów komputerowych, telewizorów i tablic elektronicznych. Uszkodzone w czasie produkcji czy eksploatacji piksele matrycy powodują, że piksel pozostaje ciemny przez co jest znacznie mniej widoczny niż jasne defekty pikseli w wyświetlaczach LCD.

Wyświetlacze przezroczyste

Wyświetlacz przezroczysty jest zbudowany bardzo podobnie do matrycy pasywnej lub aktywnej, z tą różnicą, że wszystkie warstwy – podłoże, katody i anody są wykonane z materiałów przezroczystych. Przezroczystość wyłączonych pikseli jest na poziomie 85% przezroczystości podłoża. Piksele włączone pozwalają na przepuszczanie światła w obu kierunkach.
Matryce te mają podłoże odbijające światło. Ta technologia jest wykorzystywana do budowy matryc aktywnych OLED.

Wyświetlacze zwijalne

Podłoże wyświetlaczy zwijanych wykonane jest z bardzo elastycznej metalicznej lub plastikowej folii. Dzięki temu wyświetlacze takie są bardzo lekkie i wytrzymałe. Ich zastosowanie w telefonach komórkowych zwiększa znacznie wytrzymałość urządzenia. Potencjalnie wyświetlacze takie mogą znaleźć zastosowanie przy produkcji odzieży specjalnego przeznaczenia wyposażonej w komputer, GPS, telefon komórkowy i wszyty wyświetlacz.

Białe wyświetlacze

Białe wyświetlacze OLED emitują białe światło. Są bardziej wydajne, niż lampy fluorescencyjne i mogą je zastąpić w urządzeniach oświetleniowych mieszkań, budynków. Ich zastosowanie pozwoli na znaczne zmniejszenie zużycia energii.

Zalety technologii Organic LED

Wyświetlacze OLED mają bardzo wiele zalet z porównaniu do stosowanych obecnie wyświetlaczy LCD i diod LED.

organiczne warstwy OLED są cieńsze, lżejsze i bardziej elastyczne niż warstwy ciekłokrystaliczne LCD i diod LED;
ze względu na mały ciężar warstw organicznych podłoże OLED może być elastyczne, wykonane z tworzywa i lżejsze niż stosowane w ekranach LCD i diodach LED;
wyświetlacze OLED pozwalają na większą jaskrawość świecenia ponieważ nie wymagają stosowania szkła, które absorbuje część emitowanego światła. Można na nich uzyskać znacznie wyższy kontrast i wierniejsze kolory niż na wyświetlaczach LCD;
OLED nie wymagają stosowania podświetlenia tak jak wyświetlacze LCD. Dzięki temu pobierają znacznie mniej energii niż LCD (większość mocy pobieranej przez LCD zużywana jest w układach podświetlania). Ma to szczególne znaczenie w układach zasilanych z baterii. Matryce OLED wymagają napięć zasilających na poziomie 2-10V;
produkcja OLED jest znacznie prostsza niż produkcja wyświetlaczy LCD. Mogą one być wykonywane w cienkich dużych arkuszach, ponieważ ich głównym składnikiem jest tworzywo plastikowe a nanoszenie warstw organicznych odbywa się metoda druku laserowego;
wyświetlacze OLED zapewniają duże kąty widzenia – ok.170° . Wyświetlacze LCD działają na zasadzie blokowania lub przepuszczania światła pochodzącego z układu podświetlenia i ich kąt widzenia jest ograniczony. Wyświetlacze OLED emitują światło i dlatego kąt widzenia jest znacznie większy,
czerwone i zielone warstwy organiczne stosowane w kolorowych wyświetlaczach OLED mają bardzo długi czas życia. Niebieskie warstwy organiczne mają znacznie krótszy czas , co ogranicza czas życia wyświetlacza OLED;
wyświetlacze OLED uszkadzają się pod wpływem wody, dlatego bardzo istotny w produkcji jest proces uszczelniania wyświetlacza.