OLED – как много в этом звуке…
Еще в середине 60-х годов ХХ века было замечено, что существуют органические кристаллические структуры, способные преобразовывать электрический ток в видимый свет. Позже были синтезированы вещества с аналогичными свойствами на основе, так называемых, малых органических молекул и полимеров, обладающих свойствами металлов и полупроводников. Считается, что развитие технологии OLED (Organic Light Emitting Diode) началось с публикации в 1987 году двумя учеными из исследовательской лаборатории Eastman Kodak статьи о свойствах органических светоизлучающих материалов.
Каковы же преимущества этой технологии? Первое – это свойство, присущее органическим полупроводникам и отсутствующее у неоргаников, которое дает возможность в широких пределах изменять спектр излучения OLED путем изменения структуры органических молекул. Создание таких сополимеров или смесей позволяет получать материалы, способные излучать свет самых разных цветов и оттенков.
Второе важнейшее свойство новых материалов – это высокая технологичность изготовления дисплеев, поскольку наносить слои материалов на базе малых органических молекул можно хорошо отработанными методами вакуумного напыления или полива с центрифугированием. OLED дисплеи можно получать даже… с помощью струйной печати! Для этого полупроводящие полимеры растворяют в органическом растворителе и с помощью принтера наносят на стеклянную или пластиковую подложку.
Яркость OLED дисплеев составляет до 100 тыс. кд/м2, контрастность – до 5000:1, время реакции – от 10 мс, угол обзора – около 170 градусов. OLED дисплеи не нуждаются в обратной подсветке, необходимой для LCD дисплеев, поэтому они имеют низкое энергопотребление, они имеют малый вес и толщину.
Как видно из рис. 1, дисплей OLED устроен довольно просто. На стекло наносится анод – сетка из прозрачного проводящего материала, индий-оксида олова (ITO, Indium-Tin Oxide). Затем наносятся слои органического материала – слой источника дырок (HIL, Hole Injection Layer), эмиссионный слой (EML, Emissive Layer), слой проводника дырок, светоизлучающий слой и слой проводника электронов (ETL, Electron Transport Layer) (рис. 2). Катод представляет собой тонкий слой металлического сплава с низкой работой выхода электронов, например, алюминия, покрытого фторидом лития.
В основе OLED технологии лежит использование свойств так называемых сопряженных полимеров. В их молекулах атомы углерода образуют между собой двойные или тройные связи. Эти материалы обладают теми же свойствами, что и неорганические полупроводники, то есть способны образовывать p-n – переход и, что особенно важно, при определенных условиях излучать свет. Это и позволило создать излучающие диоды.
В качестве подложки дисплея можно использовать не стекло, а гибкий прозрачный пластик, что позволяет, в принципе, создавать гибкие экраны.Качество изображения, цветопередача, контрастность, интенсивность излучения OLED-дисплеев зависят от использованных органических материалов, которыми определяется многообразие воспроизводимых дисплеем цветов, поэтому выбор материалов для каждого органического слоя, катодов и анодов производится таким образом, чтобы обеспечить максимальный световой поток с учетом указанных требований.
При создании OLED дисплеев применяются два вида органических соединений: микромолекулы и полимеры.
Первыми появились OLED дисплеи на основе микромолекул, однако они оказались слишком дорогостоящими, поскольку изготавливались с помощью вакуумного напыления.
Первый шаг к созданию полимерных дисплеев был сделан в 1989 году, когда ученым Кембриджского университета удалось синтезировать особый полимер – полифениленвинилен. Дисплеи этого типа могут быть получены путем нанесения полимерных материалов на основу специальным струйным принтером. Иногда такие дисплеи называют LEP (Light-Emitting Polymer). Основа может быть гибкой с радиусом изгиба 1 см и менее.
Однако на сегодняшний день по сроку службы и эффективности приборы на основе микромолекул опережают приборы LEP. Сравнительные характеристики долговечности и эффективности излучения для двух технологий OLED дисплеев приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Цвет |
Полимерный материал |
Молекулярный материал |
| Эффективность, кд/А |
Долговечность, часов (яркость 150 нит) |
Эффективность, кд/А |
Долговечность, часов (яркость 150 нит) |
| Красный |
1-2 |
>20000 |
4-5 |
>40000 |
| Зеленый |
8-10 |
15000 |
8-9 |
>40000 |
| Синий |
4 |
3000 |
3 |
10000 |
| Желтый |
8-10 |
>30000 |
8 |
>30000 |
| Белый |
2-4 |
5000 |
6-8 |
20000 |
Существуют три схемы цветных OLED дисплеев (рис. 3):
- схема с раздельными цветными эмиттерами;
- схема WOLOD+CF (белые эмиттеры + цветные фильтры);
- схема с конверсией коротковолнового излучения.
Самый простой и привычный вариант – обычная трехцветная модель, которая в технологии OLED называется моделью с раздельными эмиттерами. Три органических материала излучают свет базовых цветов – R, G и B. Этот вариант самый эффективный с позиции использования энергии, однако, на практике оказалось довольно сложно подобрать материалы, которые будут излучать свет с нужной длиной волны, да еще с одинаковой яркостью.
Второй вариант реализуется гораздо проще. Он использует три одинаковых белых эмиттера, которые излучают через цветные фильтры, однако он значительно проигрывает по эффективности использования энергии первому варианту, поскольку значительная часть излученного света теряется в фильтрах.
В третьем варианте (CCM – Color Changing Media) применяются голубые эмиттеры и специально подобранные люминесцентные материалы для преобразования коротковолнового голубого излучения в более длинноволновые – красный и зеленый. Голубой эмиттер, естественно, излучает «напрямую». У каждого из вариантов есть свои достоинства и недостатки, которые сведены в таблицу 2.
Продолжаются исследования в области гибких дисплеев FOLED (Flexible Organic Light Emitting Diode) и прозрачных дисплеев TOLED (Transparent Organic Light Emitting Diode). Такие дисплеи могут излучать свет вверх, вниз или в оба направления.
Дисплеи TOLED имеют высокую контрастность, поэтому их можно использовать при ярком солнечном свете.
Таблица 2. Достоинства и недостатки цветовых схем OLED
| Тип структуры |
Раздельные RGB эмиттеры |
Белый эмиттер + цветные фильтры |
Конвертирование спектра CCM |
| Преимущества |
Высокая эффективность использования энергии;
Низкая цена;
Применение отлаженной ITO технологии |
Использование технологии ЖК дисплеев;
Не требуется формирование раздельных по цветам эмиттеров;
Однородное старение эмиттеров. |
Однородное старение излучателей;
Более эффективное использование энергии излучателей;
Не требуется формирование раздельных по цветам эмиттеров. |
| Недостатки |
Требуется отдельная оптимизация цветных эмиттеров;
Различная скорость старения эмиттеров;
Требуется формирование отдельных эмиттеров по цветам. |
Низкая эффективность использования мощности;
Требуется напыление ITO на цветные фильтры;
Требуется высокая эффективность излучения белых эмиттеров |
Требуется напыление ITO на CCM;
Необходима стабильность голубого эмиттера. Старение CCM. |
Интересно, что технология OLED способна значительно повысить качество LCD панелей, поскольку перспективной технологией подсветки для них является технология PHOLED (PHosphorescent Organic Light Emitting Diode). С помощью технологии PHOLED планируется создавать высокоэффективные белые органические светодиоды. По данным компании Universal Display Corporation применение PHOLED диодов позволит увеличить яркость панелей в четыре раза.
Компания Universal Display Corp разрабатывает ультратонкие дисплеи OLED на гибкой основе (FOLED) на стандартной жароупорной пленке толщиной 0,18 мм из полиэтилентерефталата. Та же компания приступила к разработке прототипа инновационного окна на базе фосфоресцирующих OLED диодов (PHOLED) и прозрачных OLED диодов (TOLED). В зависимости от погодных условий и освещенности, окно будет осуществлять равномерный переход от пропускания дневного света к свечению, что, по словам разработчиков, позволит сократить расходы на освещение, а также ляжет в основу новых оформительских и дизайнерских решений.
По типу управления OLED дисплеи делятся на две разновидности: с пассивной матрицей и активной матрицей.
Приборы с пассивной схемой управления потенциально могут качественно отображать полноцветные подвижные изображения, но для создания экранов с большой диагональю и высоким разрешением они непригодны.
При изготовлении высококачественных полноцветных OLED дисплеев предпочтение отдается активной схеме управления. В активной схеме управления информация посылается микротранзистору каждого пикселя, определяя, таким образом, необходимую яркость свечения пикселя. TFT-транзистор запоминает эту информацию и плавно регулирует ток через OLED.
Основные проблемы, стоящие перед разработчиками OLED дисплеев, заключаются в достижении более широкой цветовой гаммы и увеличении срока службы излучающих материалов.
Развитие и внедрение этой технологии сдерживает также и то, что OLED технология и достижения в этой области запатентованы Kodak и рядом других фирм, требующих от сторонних исследователей приобретения лицензии.
С конца 90-х годов OLED-дисплеи применяют в сотовых телефонах, МР3-плеерах, цифровых фотокамерах и т.п. В 2000 году Sony продемонстрировала первый в мире 13-дюймовый OLED дисплей на активной матрице (AMOLED) с разрешением SVGA, в этом же году Samsung показал свой 15-дюймовый XGA AMOLED дисплей.
Судя по количеству компаний, вовлеченных в исследования и разработки, а также по объемам инвестируемых средств, производство OLED дисплеев является одной из самых быстро растущих отраслей в мире. В 2008 году прогнозируется увеличение рынка до 170 млн. штук. Samsung SDI, RiTDisplay Corp., Pioneer, Univision Technology Inc., Philips – первая пятерка мировых компаний, которая сегодня поставляет на рынок до 80% OLED панелей, причем доля компании Samsung по итогам 2004 года составила 44%.
Компания Epson занимается разработками в области OLED технологий создания дисплеев на основе полимеров методом струйной печати и ориентируется на свои достижения и огромный опыт в создании принтеров самых разнообразных назначений. По данным исследовательской американской компании iSuppli в Китае около 40 институтов и предприятий занимаются разработками OLED. В некоторых странах научные исследования и разработки поддержаны правительством на уровне национальных программ, такие программы есть в США, Японии, Европейском союзе, Китае.
Таким образом, есть все основания полагать, что под боком у LCD-технологии развивается очень серьезный конкурент.
Достоинства OLED, реальные и мнимыеТехнология OLED выглядит весьма заманчиво, но реальная ситуация несколько отличается от победных пресс-релизов производителей. Рассмотрим основные преимущества OLED дисплеев более подробно.
Утверждается, например, что угол обзора у OLED дисплеев равен 180°, но на практике он не превышает 160°. Да и вообще, не стоит преувеличивать значение этого параметра, поскольку при выборе между OLED и LCD он не является определяющим. В настоящее время у TFT дисплеев угол обзора колеблется в пределах 140–170° и этого оказывается достаточно практически для всех применений, а для дисплеев мобильных устройств рабочие углы такой ширины вообще не нужны.
OLED матрицы имеют время отклика 10-100 мкс., но для обычных дисплеев такое высокое быстродействие просто не нужно.
Первоначально одним из существенных преимуществ OLED считалась малая толщина матрицы, но в настоящее время малоформатные TFT-дисплеи вместе с узлом задней подсветки имеют толщину даже меньшую, чем у некоторых OLED.
Малое потребление тока пока дает OLED дисплеям определенное преимущество по сравнению с TFT-дисплеями, но на практике, благодаря разработке новых энергосберегающих технологий, мощность, потребляемая блоком подсветки и схемами управления TFT дисплеев, тоже падает. Схемы управления OLED токовые, а драйверы TFT дисплеев – потенциальные, поэтому они куда экономичнее с точки зрения потребляемой мощности.Простота и дешевизна технологии OLED пока не реализована в серийном производстве. В настоящее время для производства OLED используются весьма дорогие материалы, и выход годных панелей тоже невелик. Пока затраты на производство OLED дисплеев выше, чем на производство аналогичных TFT дисплеев.
Несмотря на кажущуюся простоту его светоэмиссионной схемы, приемлемую цветопередачу пока удается получить с большим трудом. Цветовая палитра задается подбором определенных композитных материалов, выбор которых весьма ограничен. Для выравнивания спектра в основной светоэмиссионный материал приходится добавлять дополнительные фосфоресцентные и люминесцентные вещества, свойства которых быстро ухудшаются со временем, причем особенно сильно под действием яркого света и высокой температуры. В цветных дисплеях деградация цветовых компонентов происходит неравномерно, что вызывает нарушение цветового баланса, как это было у цветных кинескопов с дельтавидным расположением электронных пушек.
Теоретически OLED дисплеи может иметь высокий контраст до 5000:1. Поскольку для получения черного цвета достаточно выключить соответствующие светодиоды, проблем с отображением черного не возникает в принципе. Поэтому для OLED важно влияние излучения соседних включенных пикселей, имеющих максимальную яркость, на находящийся в центре выключенный «черный» пиксель. В этом случае контраст будет определять степень паразитного просачивания излучения от соседних пикселей. Для повышения контраста нужно формировать оптическую изоляцию между пикселями. Сделать это можно только за счет сужения диаграммы излучения эмиттеров. Как следствие – сужаются и рабочие углы всего OLED экрана до уровня 150–160°.
Несомненным преимуществам OLED является способность работать при низких температурах, что позволяет использовать их в наружной рекламе. Однако, и здесь все не так просто. Проблема в том, что если сам материал органических светодиодов вполне способен работать при низких температурах, то об остальных компонентах дисплейной системы этого сказать нельзя.
Подводя итоги статьи, можно сказать, что пока OLED дисплеи не имеют явного преимущества по сравнению с LCD дисплеями. Ученым и инженерам предстоит еще очень много сделать, чтобы OLED дисплеи полноправно вошли в нашу жизнь.
Благодарим "AV Club" за предоставленный материал.
"Место угоже, высоко и красно"HD DVD||
Оставить комментарий