Технологии для тонких, эффективных и ярких экранов или дисплеев.

Технологии для тонких, эффективных и ярких экранов или дисплеев.

OLED является новой технологией, с помощью которой можно производить тонкие, гибкие и яркие дисплеи. OLED-дисплеи изготовляются из органических светоизлучающих материалов и поэтому OLED-дисплеи не требуют подсветки и поляризационных фильтрующих систем, которые используются в LCD-дисплеях. OLED (Organic Light-Emitting Diode – органический светоизлучающий диод) – это диод, изготовленный из органических соединений, который излучает свет при пропускании через него тока.

OLED-дисплеи в устройствах можно сделать гибкими, тонкими и прозрачными. Существуют два вида OLED-дисплеев - PMOLED и AMOLED. Разница заключается в способе управления матрицей - это может быть либо пассивная матрица (PM) или активная матрица (AM).

В настоящий момент применяются три основных схемы реализации цветных OLED (рис. 1,2,3):

• схема с раздельными цветными эмиттерами;

• схема WOLED + CF (белые эмиттеры + цветные фильтры);

• схема с конверсией коротковолнового излучения.

Самый эффективный и логичный вариант реализации цветных OLED — это формирование структур с раздельными эмиттерами (рис.1). Этот вариант и самый эффективный с позиции использования энергии, но он реализуется с определенными технологическими трудностями.

Рис. 1.

Рис. 2.

Рис. 3.

Второй вариант (рис. 2) проще в части создания белых эмиттеров, одинаковых для всех трех компонентов цвета, однако значительно проигрывает по эффективности использования энергии первому варианту.

В третьем варианте (Color Changing Media - CCM) применяются голубые эмиттеры и люминесцентные материалы для преобразования коротковолнового голубого излучения в более длинноволновые - красный и зеленый (рис. 3). У каждого из вариантов есть свои «плюсы» и «минусы» (см. табл. 1).

Таблица 1.

Существуют два вида OLED-дисплеев - PMOLED и AMOLED. Разница заключается в способе управления матрицей - это может быть либо пассивная матрица (PM) или активная матрица (AM).

В PMOLED-дисплеях используются контроллеры развертки изображения на строки и столбцы. Чтобы зажечь пиксель, необходимо включить соответствующую строку и столбец: на пересечении строки и столбца пиксель будет излучать свет. За один такт можно заставить светиться только один пиксель. Поэтому чтобы заставить светиться весь дисплей, необходимо очень быстро подать сигналы на все пиксели путем перебора всех строк и столбцов (как это делалось в старых электроно-лучевых трубках). Дисплеи на базе PMOLED получаются дешевыми, но из-за необходимости строчной развертки изображения не возможно получить дисплеи больших размеров с приемлемым качеством изображения. Обычно оптимальные размеры PMOLED-дисплеев не превышают 3" (7,5 см).

AMOLED (Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode – активная матрица органических светоизлучающих диодов). В AMOLED-дисплеях – смесь технологий OLED и TFT. В AMOLED экранах органическими светоизлучающими диодами (OLED) управляют активные матрицы из тонкоплёночных TFT-транзисторов (время задержки матрицы всего 30 мс). Особенности AMOLED-дисплеев:

- экран очень тонкий и гибкий, малое энергопотребление, способность отображать большую цветовую гамму и более качественно, нет бликов на солнце;

- жизнь органических диодов ограничена (около 198000 часов у зеленого диода, 62000 у синего), боязнь воды, возможно выгорание экрана;

- в AMOLED-дисплеях каждый пиксель управляется напрямую, поэтому они могут быстро воспроизводить изображение;

- экраны AMOLED-дисплеев могут иметь большие размеры и на сегодня уже созданы дисплеи с размером 40" (100 см);

- производство AMOLED-дисплеев дорогое из-за сложной схемы управления пикселями, в отличие от PMOLED-дисплеев, где для управления достаточно простого контроллера.

Активная адресация AMOLED-дисплеев позволяет значительно улучшить оптические характеристики дисплеев и увеличить размер экранов.

Схемы управления OLED токовые, и потребление драйверов OLED значительно выше, чем у драйверов ЖК-дисплеев. Следует также принять во внимание и потери мощности в OLED-дисплеях при передаче токовых сигналов управления по шинам адресации. OLED-дисплей является светоэмисионным, поэтому цветовая палитра у него значительно лучше, чем у светомодулирующего цветного ЖК-дисплея.

Правильная цветопередача дается технологии OLED довольно непросто, несмотря на кажущуюся простоту его светоэмиссионной схемы. Палитра задается подбором определенных композитных материалов, выбор которых весьма ограничен. Не обходится и без компромиссов. Для выравнивания спектра в основной светоэмиссионный материал требуется добавлять дополнительные фосфоресцентные и люминесцентные вещества, которые позволяют скорректировать спектр за счет частичного конвертирования светового потока. Эти материалы подвержены сильной деградации (сложные и физически активные материалы довольно неустойчивы по природе и склонны к потере своих свойств). В данном же случае материал боится воздействия кислорода и водяных паров — как на стадии производства, так и в процессе эксплуатации. Этот же материал разлагается при действии сильного света и высокой температуры. Протекание тока, особенно при передаче больших яркостей, также обеспечивает ухудшение параметров. Для цветных дисплеев деградация цветовых компонентов происходит неравномерно. Следовательно, со временем будет нарушаться цветовой баланс.

Цветные фильтры появились и у некоторых типов OLED (речь идет о технологии WOLED + CF, в которой используются излучатели белого света и цветовые фильтры точно такие же, как и у TFT-дисплеев). Это проявление компромисса - данная схема обеспечивает более простую и дешевую технологию, однако пришлось пойти на значительное снижение эффективности использования энергии.

Теоретически OLED может иметь довольно высокий контраст 1000:1, и даже 5000:1, поскольку светодиоды являются источниками излучения и в связи с этим не возникает проблем с уровнем черного. Однако и здесь есть масса нюансов и проблем, связанных в первую очередь с нестабильностью характеристик OLED во времени. Само определение параметра контраста для ЖК-дисплеев и OLED разные. В ЖК-дисплеях имеет смысл уровень яркости пикселя, соответствующий «черному» выключенному состоянию. Вследствие неидеальности работы оптического затвора неизбежно «просачивание» части светового потока через закрытый пиксель. Контраст определяется отношением максимальной яркости пикселя к яркости в «черном» состоянии.

Для OLED пиксель в «черном» состоянии всегда черный, то есть излучение полностью отсутствует. В таком случае имеет смысл определить понятие контраста как 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°.

Еще одно несомненное преимущество OLED - это работа при низких температурах. Если самому материалу органических светодиодов при данной температуре обеспечиваются комфортные условия, то для остальных компонентов дисплейной системы эта температура вряд ли добавит надежности в работе. Отдельно стоит сказать и об OLED с активной адресацией. Для формирования активной матрицы обычно используется технология аморфного кремния. У него подвижность носителей и так довольно низкая, а при пониженной температуре станет совсем никакой — а ведь это токовая схема управления. Речь идет о реальных устройствах с OLED-дисплеями, которые смогут функционировать при температурах, скажем, –40...–50 °С. В любом случае, нужно делать специальные исполнения устройств. Вопросы надежности всегда остаются на первом месте.