01.04.2018

Електронні пристрої з дисплеями стали невід’ємною частиною нашого повсякденного життя, вимагаючи до себе все більше і більше уваги. До екранів моніторів і телевізорів, планшетних ПК і смартфонів, фото- і відеокамер щодня прикутий погляд мільйонів людей. Хтось працює, хтось розважається, але всі бажають бачити якісне зображення на дисплеї.

Протягом останніх років лідерство у виробництві матриць утримує LCD технологія з LED підсвічуванням. Однак їй не перестає «наступати на п’яти» OLED технологія, заснована на здатності органічних світлодіодів випромінювати світло. Що ж таке OLED дисплеї та що заважає їм на рівних конкурувати з ЖК екранами?

Принцип роботи і технологія виготовлення

Organic light-emitting diode або скорочено OLED є напівпровідниковий прилад, створений на основі органічних сполук, які при пропущенні електричного струму випромінюють видиме світло. В одиничному екземплярі органічний світлодіод не представляє практичного інтересу. Тому їх об’єднують в матриці для створення пристроїв відображення інформації.

Технологія OLED – це процес створення тонкоплівкової структури, на яку нанесено декілька шарів полімерів, що мають різну провідність.На малюнку в вертикальному розрізі показана OLED структура в двошарової інтерпретації. Тут два полімерних шари знаходяться між електродами (анодом і катодом), на які подають напругу відповідної полярності. При цьому верхній (емісійний) шар наповнюється електронами, що випускаються катодом, які спрямовуються до кордону з нижнім (проводять) шаром. Одночасно з цим провідний шар отримує позитивний заряд від анода, направляючи дірки до кордону з верхнім шаром. Кордон двох полімерів нагадує p-n-перехід звичайного напівпровідника, де відбувається процес рекомбінації. Але в даному випадку заряджені частинки рекомбинируют в емісійному шарі, що досягається за рахунок більшої швидкості дірок в органічних структурах. Так само як і в звичайних світлодіодах, втрата енергії електроном супроводжується емісією фотонів у видимому хвильовому спектрі. З цієї причини верхній шар названий емісійним.

Органічний світлодіод випромінює світло тільки при дотриманні полярності напруги живлення. Якщо до електродів прикласти зворотну напругу, то електрони і дірки рекомбинировать не будуть. Матеріалом для анода, як правило, служить плівка з прозорого оксиду індію, а для катода – з алюмінію або кальцію.

Основні напрямки

Незалежне проведення досліджень по створенню OLED матриць серед вчених різних країн сприяло появі світлодіодних дисплеїв, що відрізняються за типом і призначенням. Кожна з технологій має свої практичні переваги та, отже, перспективу розвитку.

TOLED (Transparent OLED) – позиціонується як прозоре органічне світловипромінюючих пристрій. Технологічно можна задати будь-який напрямок випромінювання, включаючи двосторонню. TOLED відрізняються висококонтрастним зображенням і прозорістю плівки в вимкненому стані, що значно розширює сферу їх застосування. FOLED (Flexible OLED) – реалізується за рахунок фіксації органічної плівки між гнучкими електродами. В якості електродів може виступати як найтонша алюмінієва фольга, так і прозора плівка, запозичена у TOLED. Таким чином, можна створювати гнучкі прозорі екрани з широкими можливостями, розміщуючи їх на лобовому склі авто і в літаках. Вже зараз у продажу є телевізори з вигнутим OLED дисплеєм. SOLED (Stacked OLED) – являє собою структуру вертикально складених органічних світлодіодів. Кожен піксель (синій, червоний, зелений) розташований один над одним, що дозволяє в кілька разів підвищити роздільну здатність екрана. Незаперечна особливість SOLED – це коефіцієнт заповнення кольору, що дорівнює 100%. Це означає, що при завданні на екрані червоного кольору все пікселі будуть світитися тільки червоним. Включення аналогічного режиму в дисплеях з горизонтальною структурою приведе до відключення синього і зеленого пікселів. В результаті з’являться так звані прогалини, які стануть помітні на екранах з великою діагоналлю.

Очевидно, що подальший розвиток OLED технологій полягає в сукупній реалізації зазначених методик і випуску гнучких прозорих дисплеїв високої контрастності.

Окремим рядком варто виділити OLED панелі білого світіння. Їх практична реалізація більш проста, так як виключає необхідність в створенні окремих пікселів і керуючих матриць. За допомогою люмінофора можна задати будь-який відтінок, а змінюючи струм – регулювати яскравість. Панелі великого розміру можна буде використовувати в якості економічних стельових і настінних світильників.

Основні відмінності OLED дисплеїв

Пріоритетним відмінністю OLED від LCD дисплеїв є відсутність блоку підсвічування. Органічні світлодіоди самостійно випромінюють світло і для формування зображення їм не потрібен додаткове джерело світла. У свою чергу, якість зображення LCD екрана безпосередньо залежить від виду підсвічування і, незважаючи на заміну люмінесцентних ламп більш компактними LED, без неї не можна обійтися. Навіть найтонша LED підсвічування складається з SMD-світлодіодів, світловодів, відбивачів і вузлів їх кріплення, що природно позначається на товщині, масі, як зображення і надійності вироби.

Крім цього, OLED матриць приписують менше енергоспоживання, знову-таки через відсутність підсвічування. Однак це відмінність не настільки істотно. Щоб засвітити кожен органічний світлодіод, через нього необхідно пропустити струм. В результаті OLED телевізор з діагоналлю 55? споживає близько 100 Вт, що порівнянно зі споживанням аналогічного LCD телевізора.

Важлива характеристика будь-якого дисплея – це кут огляду. У OLED екранах цей параметр доведений до досконалості, а значить, дивитися на нього можна з будь-якого боку, зверху і знизу без погіршення якості зображення. У LCD панелях подібний результат досягнутий на IPS матрицях. Однак повністю позбутися від спотворень не вдалося.

Контрастність OLED дисплеїв в кілька разів вище, ніж у рідкокристалічних аналогів, що пояснюється двома факторами. По-перше, відсутня додаткова підсвітка. По-друге, вимкнений органічний світлодіод нічого не випромінює, а значить, сприймається оком як абсолютно чорна точка. Контрастність нині випускаються телевізорів становить 10000: 1. За твердженням розробників – це далеко не межа.

За швидкодією дисплей OLED перевершує LCD в 1000 разів. Про це свідчить час відгуку, рівне приблизно 10 мкс. Порівнюючи це значення з можливостями людського ока, можна сміливо стверджувати про відсутність інерційності при перегляді найдинамічніших відеосюжетів.

Яскравість світіння кожного Organic LED залежить від величини прямого струму. Керуючи струмом пікселів, можна домогтися необхідної яскравості без втрати якості, що неможливо було реалізувати в LCD технології. Працювати за OLED монітором однаково приємно як в нічний час, так і в сонячну погоду. В теорії показник яскравості OLED матриці може перевищувати 100 тис. Кд / м2. Але в такому режимі термін служби світлодіодів різко знижується. Тому на практиці поки обмежуються яскравістю в 1000 кд / м2.

Переваги та недоліки технології OLED

На підставі попереднього розділу можна виділити кілька позитивних моментів, завдяки яким дисплеї на органічних світлодіодах перевершують всі попередні технології:

– менша вага і розміри, що досягається за рахунок малої товщини матриці; – низьке споживання енергії, яке в перспективі ще знизиться; ідеальний кут огляду; – відсутність підсвічування; – контрастність, яскравість і час відгуку на кілька порядків краще, ніж у LCD;

– можливість створення гнучких і прозорих екранів, які будуть стабільно працювати в широкому діапазоні температур.

Як будь-який технологічний процес, виготовлення OLED матриць має недоліки, які суттєво гальмують їх серійне виробництво. Причому головний стримуючий фактор не стільки залежить від недосконалості технології, скільки визначається купівельною спроможністю.

Другий недолік полягає в малому часу безперервної роботи органічних світлодіодів деяких квітів. Але ця проблема вже успішно вирішується, що підтверджується серійним випуском ноутбуків і телевізорів з OLED матрицею компаніями зі світовим ім’ям.

До мінусів можна віднести ефект випалювання екрану, який виникає за рахунок тривалого відображення статичного зображення. Ефект нагадує прояв хибної картинки на ЕЛТ і плазмових моніторах. Щоб виключити випалювання світлодіодів, в нових моделях матриць реалізований динамічний зсув кольорових пікселів, непомітний для очей.

Технологія OLED ще кілька років буде вдосконалюватися і доопрацьовуватися, що на сьогоднішній день також можна назвати її негативною стороною.

Перспективи і область застосування

У тому, що OLED технологія буде домінувати на ринку електроніки, сумнівів немає. Але поки цей інноваційний спосіб відображення інформації змушений долати великі труднощі, пов’язані з необхідністю великих комерційних вливань. З цієї причини деякі компанії значно скоротили витрати або зовсім припинили фінансування досліджень зі створення власних OLED матриць. Наприклад, Sony зробила ставку на виробництво LCD телевізорів з роздільною здатністю 4К, вважаючи такий підхід економічно виправданим.

Серед тих, хто не збирається здаватися і продовжує покращувати якість дисплеїв на органічних світлодіодах, фаворитами є південнокорейські LG і Samsung. У найближчому майбутньому ці компанії розраховують знизити собівартість OLED матриць і стати головними їх постачальниками для інших виробників електронної техніки.

Вже зараз можна спостерігати активне просування «розумних» гаджетів з невеликими екранами. OLED годинник, смартфони, нетбуки знаходять своїх покупців, для яких переплата в 20-30% – ніщо в порівнянні з супер якісним зображенням. Роздрібна ціна OLED телевізора діагоналлю 55? на даний момент в 2-2,5 рази вище, ніж LCD телевізора з такими ж параметрами.

Наскільки швидко OLED зможе взяти верх – покаже час. Одне можна сказати з упевненістю – ринок OLED дисплеїв буде прогресувати з кожним роком.

Технологія OLED і дисплеї на її основі Ссылка на основную публикацию

Від Борис Каролович

Ололо