Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 18 – vyšlo 9. května, ročník 12 (2014) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

18/2014

Ohebné displeje OLED

Lukáš Najman

Střední průmyslová škola Ústí nad Labem

Máte prasklý displej u telefonu nebo dokonce u tabletu? Takové problémy se stanou minulostí díky převratné technologii ohebných displejů OLEDOLED – Organic Light-Emitting Diode, svítívá dioda LED, v níž je jako svítící elektroluminiscenční látka použita tenká vrstva organické sloučeniny, která při průchodu elektrického proudu emituje světlo. Tato polovodičová vrstva je umístěna mezi dvě elektrody, z nichž je alespoň jedna průhledná. Technologie pochází z roku 1987, kdy jí vyvinula firma Eastman Kodak. Nyní se tyto displeje používají především v mobilních telefonech nebo MP3 přehrávačích.. Technologie organických elektroluminiscenčních diod pochází sice již z roku 1987, kdy ji vyvinula firma Eastman Kodak, ale prakticky se začíná využívat v mobilních telefonech, MP3 přehrávačích a dalších přístrojích až nyní. O technologii OLED jsme informovali již v bulletinu AB 34/2008.

Ohebný displej vyvinutý společností Sharp. Zdroj: Sharp.

LED – Light Emitting Diode, světlo emitující dioda. LED je polovodičová optoelektronická součástka, která emituje nekoherentní monochromatické světlo při průchodu proudu v propustném směru. Emise světla vzniká na základě elektroluminiscence. OLED – Organic Light-Emitting Diode, svítívá dioda LED, v níž je jako svítící elektroluminiscenční látka použita tenká vrstva organické sloučeniny, která při průchodu elektrického proudu emituje světlo. Tato polovodičová vrstva je umístěna mezi dvě elektrody, z nichž je alespoň jedna průhledná. Technologie pochází z roku 1987, kdy jí vyvinula firma Eastman Kodak. Nyní se tyto displeje používají především v mobilních telefonech nebo MP3 přehrávačích. LCD – Liquid Crystal Display. Jde o displej využívající k modifikaci světelného signálu tekuté krystaly. Ty samy nemohou světlo generovat, ale pouze ovlivnit. Tekuté krystaly jsou formou látky, která má jak vlastnosti kapaliny, tak pevné krystalické látky. TFT – Thin Film Transistor, technologie, při které je na substrát nanesena tenká vrstva, tvořená maticí tranzistorů. Vrstvy TFT se využívají v LCD displejích, kde řídí průchod světla v daném místě.

Princip a vlastnosti OLED displejů

Základem celého displeje je průhledná anoda a kovová katoda, mezi nimi je několik vrstev organických látek. Některé přenášejí díry, jiné elektrony a další vyzařují fotony. V okamžiku, kdy je do některého místa přivedeno napětí, jsou aktivovány kladné a záporné náboje a při průchodu vyzařovací vrstvou emitují záření. Displej využívá technologii barev RGBRGB – jedno ze dvou základních barevných schémat. Písmena jsou odvozena z anglických názvů pro červenou (Red), zelenou (Green) a modrou (Blue) barvu. Barvené schéma RGB se nejčastěji využívá v monitorech a displejích. Celkové množství dosažených barev je dáno počtem bitů pro každou složku. Pro 8 bitů (celkem tedy 24 bitů) může mít každá složka 256 barev, celkem lze namíchat 256×256×256 barev, což je 16 777 216 barev.. Zatím je bohužel problém s účinností převodu elektrické energie na světlo u jednotlivých barev, protože červená a zelená barva konvertují přibližně 19 až 20 % a modrá barva dokonce jen 4 až 6 %. S účinností úzce souvisí také spotřeba a životnost. Modrá barva začne ztrácet na intenzitě již za 1 000 hodin, životnost zelené je asi 10 000 hodin a červené přibližně 30 000 hodin, a to je na zobrazovací jednotku, která by měla fungovat 24 hodin denně, velmi málo.

Velikou výhodou této technologie je, že OLED displeje mohou být vyrobeny z pružných plastových podkladů, na které se nanáší organické vrstvy. Jsou vyráběny pro použití v nových aplikacích, jako například rolovací displeje vložené do tkaniny nebo oblečení. Nové displeje jsou stejně pružné jako PET a jejich výroba je relativně levná. Světlo vyzařují samotné OLED pixely (oproti LCD, kde světlo jen prochází), takže barvy se nemění ani při velmi šikmých úhlech pohledu. Další výhodou je krátká časová odezva. Oproti LCD, které mají časovou odezvu 2 až 16 ms a obnovovací frekvenci 60 až 480 Hz, má OLED teoretickou dobu odezvy menší než 0,01 ms, a to až do obnovovací frekvence 100 kHz.

OLED displejů existuje několik druhů, liší se technologií výroby i použitými součástkami. Nejjednodušší jsou displeje PMOLED (Passive Matrix OLED) s pasivní maticí. Jednotlivé pixely jsou, obdobně jako u jednodušších LCDLCD – Liquid Crystal Display. Jde o displej využívající k modifikaci světelného signálu tekuté krystaly. Ty samy nemohou světlo generovat, ale pouze ovlivnit. Tekuté krystaly jsou formou látky, která má jak vlastnosti kapaliny, tak pevné krystalické látky. displejů, řízeny pasivně za pomoci sítě navzájem překřížených vodičů. V místě křížení jsou vodiče připojeny k elektrodám OLEDOLED – Organic Light-Emitting Diode, svítívá dioda LED, v níž je jako svítící elektroluminiscenční látka použita tenká vrstva organické sloučeniny, která při průchodu elektrického proudu emituje světlo. Tato polovodičová vrstva je umístěna mezi dvě elektrody, z nichž je alespoň jedna průhledná. Technologie pochází z roku 1987, kdy jí vyvinula firma Eastman Kodak. Nyní se tyto displeje používají především v mobilních telefonech nebo MP3 přehrávačích. struktury, a tím vznikají jednotlivé pixely. Pomocí pravoúhlé sítě vodičů a přepínačů je na anody a katody obrazových bodů přiváděno elektrické napětí, které přinutí organickou látku vyzařovat světlo. Optický výstup vzniká postupným skládáním řádků, ke kterému dochází 60krát za sekundu. Protože mají PMOLED displeje vyšší spotřebu a horší zobrazení, jsou vhodné především pro menší úhlopříčky a zobrazování převážně statických a textových informací. Používají se například pro MP3 přehrávače, v levnějších mobilních telefonech, informačních displejích, v automobilech, navigacích a podobných zařízeních.

Pasivní a aktivní matice displejů OLED. Zdroj: How Staff Works.

Rozšířenějšími displeji jsou displeje s aktivní maticí neboli AMOLED (Active Matrix OLED). Displeje s aktivní maticí jsou vhodné pro graficky náročné aplikace s velkým rozlišením, tedy zobrazování videa a grafiky. Struktura je podobná jako u TFT typů LCD displejů. Spínání každého pixelu je prováděno samostatným párem tranzistorů. Jeden z nich řídí nabíjení a vybíjení kondenzátoru a druhý je jako napěťový stabilizátor zajišťující konstantní velikost proudu – tím zamezí například blikání bodů, které mají svítit během několika po sobě jdoucích cyklů. Současně se zvyšuje průtok proudu a zkracuje doba odezvy. V porovnání s PMOLED má AMOLED vyšší zobrazovací frekvenci, ostřejší vykreslení obrazu a nižší spotřebu. Nevýhodou je složitější struktura displeje a tedy i vyšší cena. AMOLED displeje se převážně používají v dražších dotykových telefonech či tabletech.

Velmi zajímavou variantou je technologie TOLED (Transparent OLED), která umožňuje vytvořit displej s propustností světla až 80 % (displej je tedy téměř průhledný) a volbou, zda bude obraz zobrazován na jedné, nebo obou stranách. Průhlednost je dosažena transparentní katodou, anodou i podložkou (zpravidla ze skla nebo plastu). Tato vlastnost umožňuje zobrazovat informace v zorném poli uživatele na jinak průhledných plochách – hledí přilby, čelní sklo automobilu nebo stíhacího letounu.

TOLED displej na čelním skle kokpitu stíhacího letounu. Zdroj USAF.

Televize s průhledným OLED displejem. Zdroj: Loewe/Invisio.

Snad nejzajímavější technologií je ale technologie FOLED (Flexible OLED). Klasická struktura OLED není umístěna na skle, ale na pružném (flexibilním) materiálu. Tím celý displej získá pružnost a také možnost tvarování. Další výhodou je, že displej ztrácí křehkost a je téměř nemožné takový displej zlomit a nemůže dojít k prasknutí displeje při pádu. Celková odolnost se několikanásobně zvýší. Nejčastěji se používá plast (například PET), ale dá se použít i jiný pružný materiál, na který je možné OLED strukturu připevnit.

Ohebný displej společnosti Samsung. Zdroj Samsung.

Závěr

Technologie OLED je moderní technologie, která má zatím ještě řadu nedostatků a bude se postupně zdokonalovat a vyvíjet. Je ale pravděpodobné, že v blízké budoucnosti nahradí klasické displeje a dočkáme se nové generace displejů, které budou nejenom průhledné, ale i ohebné a snadno tvarovatelné. Technologie OLED ale nachází i další uplatnění. Například společnost BMW vyvíjí zcela mimořádně účinná koncová světla založená na OLED technologii pro nový model automobilu. Je jisté, že se s OLED výrobky setkáme v nejrůznějších oblastech lidské činnosti.

Nová koncová světla pro automobily vyvíjená společností BMW jsou založena
na technologii OLED. Zdroj BMW. (mp4, 25 MB)

Odkazy