Технология изготовления OLED дисплеев.

В этой статье мы поговорим о OLED дисплеях (не путать с LED телевизорами) и не только о дисплеях, но и о технологии OLED в целом.

Что такое OLED.

Аббревиатура OLED произошла от сокращения Organic Light-Emitting Diode, что можно перевести как органический свето-эмиссионный диод, и основана на способности некоторых органических полимеров испускать свет (люминесценции) при подаче на них электрического тока. Эта особенность была открыта в 1950 годах, но первая OLED панель была создана компанией Eastman Kodak только в 1980 году и в 1998 году в продаже появилась первая автомагнитола с монохромным OLED дисплеем. Начало серийным продажам было положено в 2003 году.

Как работает OLED.

Органический светодиод представляет из себя структуру состоящую из нескольких слоев полимеров расположенных между катодом и анодом. Источником света в светодиодах OLED является сам полимер, то есть свет испускается в результате соударении положительно и отрицательно заряженных частиц при подаче к аноду положительного напряжения.

Схема работы технологии OLED.

Схема работы технологии OLED

Упрощенно принцип работы OLED-дисплея можно представить следующим способом:

  1. К катоду и аноду OLED-дисплея подключается источник тока.
  2. Поток электронов движется от катода к аноду через органические слои. Катод добавляет электроны к органическому слою-эмиттеру. Анод "доставляет" электроны из проводящего слоя органических молекул.
  3. На границе между эмиттером и проводящим слоем электроны находят "дырки" (атомы с недостающим электроном на энергетическом уровне). Когда электрон находит дырку, он заполняет энергетический уровень. В результате, высвобождается фотон (свет), в результате чего и происходит свечение OLED дисплея.
  4. Цвет свечения зависит от типа органической молекулы в проводящем слое. Для производства дисплеев обычно используются проводящий слой, состоящий из нескольких типов органических пленок. Яркость свечения зависит от подаваемого напряжения, которая в современных OLED дисплеях варьируется от 2В до 10В.

Как формируется изображение на OLED-дисплеях.

В настоящее время OLED матрицы по типу адресации ячеек (то есть по способу формирования света пикселей) можно разделить на два вида:

PMOLED – матрицы с пассивной адресацией ячеек, в них, как и у старых ЭЛТ телевизорах каждый пиксель находится на пересечении строк и столбцов, подача напряжения на ячейку находящуюся на пересечении соответствующей строки и столбца заставляет ее светиться. Плюсом таких матриц служит относительная простота изготовления, а соответственно и низкая цена OLED матрицы. Минусом этого подхода является тот факт, что за один такт можно заставить светиться только один пиксель, что препятствует созданию больших цветных дисплеев с высоким разрешением. Как правило, диагональ OLED матриц с пассивной адресацией не превышает трех дюймов, и используются в устройствах, не требующих высокого качества картинки.

AMOLED – матрицы, применяющие активную адресацию ячеек, основанную на применении тонкопленочных транзисторов (TFT). Здесь каждому пикселю соответствует отдельный транзистор, как у современных LCD телевизоров и мониторов. При таком подходе напряжение можно подать сразу на любое необходимое количество пикселей. Данный способ позволяет создавать OLED дисплеи практически любых размеров. Плюсом такого подхода является высокое качество получаемой картинки, низкое время отклика пикселя, а также более низкое по сравнению c PMOLED матрицами энергопотребление. Минус же в многократно возрастающей стоимости производства и как следствие цене готовых изделий. Матрицы AMOLED сейчас используются во всех OLED телевизорах.

Как формируется изображение на OLED-дисплеях.

Теперь разберемся, как в OLED дисплеях получается нужный цвет пикселя.

Первый способ связан с особенностью органических светодиодов, изготовленных из разных материалов, испускать свет с разной длиной волны, из чего следует, что для получения нужного цвета пикселя достаточно подобрать три материала для каждого из субпикселей, которые будут светиться в синем, красном и зеленом спектре, образуя уже известную RGB триаду. Такая технология OLED позволяет создать экраны минимальной толщины, так как не требует использования различных светофильтров, и по той же самой причине цвета, получаемые на таких дисплеях, наиболее четкие и глубокие. Ко всему прочему такие OLED дисплеи наиболее энергоэкономичны. Главный минус этого подхода заключается в том, что разные вещества не только испускают разный цвет, но и имеют разный срок службы. Так, например срок службы материалов, из которых делают синий субпиксель, почти в четыре раза ниже чем срок службы материалов остальных ячеек, а это приводит к снижению времени работоспособности всего OLED дисплея в целом. Но технологии развиваются непрерывно и можно надеяться, что этот недостаток лишь временный.

Второй способ основан на применении светофильтров, как это происходит на современных LCD матрицах (технология получила название WOLED+CF). При этом применяется материал органического светодиода, испускающий белый свет, и нужный цвет формируется путем выбора нужного светофильтра синего, красного или зеленого. Этот способ наиболее прост при изготовлении и наиболее дешев, к тому же цветовая гамма таких OLED дисплеев не меняется со временем (через большой промежуток времени может уменьшаться только цветность, в связи с выгоранием люминофорного вещества). Недостатками такого способа формирования цвета является большая толщина матрицы и более тусклые цвета по сравнению с первым способом. OLED дисплеи, изготовленные этим методом, наиболее энергоемки и требуют высокой эффективности светодиода.

Еще один способ формирования цвета схож со вторым и различается только базовым синим цветом светодиода. Остальные цвета получаются при помощи все тех же светофильтров путем преобразования коротковолнового синего света в более длинноволновой зеленый и красный. Такой способ технологически схож с WOLED+CF, но позволяет использовать меньшее количество более дешевых материалов. Минус же, как и писалось выше, в сроке службы синего полимера. OLED дисплеи, изготовленные по этой технологии, наименее долговечны.

Схема изготовления OLED дисплея.

Схема изготовления OLED дисплея.
Схема изготовления OLED дисплея.

SOLED.

Очень любопытной кажется разработка компании Universal Display Corporation (UDC). Она основана на так называемой технологии TOLED (Transparent OLED).

Здесь следует сделать отступление и пояснить что талое TOLED. Как следует из названия это прозрачные OLED дисплеи. Основное отличие от обычных OLED заключается в том прозрачным изготовляют не только анод но и катод. Свет в TOLED дисплеях может проходить в обоих направлениях, сохраняя около 70-85 процентов прозрачности панели. В остальном ничего принципиально нового в TOLED дисплеях нет. Изготавливаются они по уже описанным здесь технологиям OLED.

Возвращаясь назад, компания UDC разработала технологию изготовления OLED дисплеев, которая получила название SOLED (Stacked OLED). Суть этой разработки состоит в том, что красный, зеленый и синий субпиксели сгруппированы не в горизонтальной, а в вертикальной плоскости.

Схема работы SOLED дисплея.

Это стало возможным благодаря прозрачности светопроводящего полимера. Преимущества такого подхода очевидны, в первую очередь более чем в три раза уменьшившийся размер пикселя, что позволит смотреть телевизор даже с близкого расстояния не различая цветную мозаику. Разрешение панелей изготовленной по технологии SOLED может быть намного выше и для этого не требуется уменьшать размеры каждого из субпикселей, что может негативно сказаться на цветности и четкости.

Способы изготовления OLED дисплеев.

Сейчас различают два типа OLED дисплеев по типу используемых материалов, это дисплеи на основе микромолекул (Small Molecular OLED – SMOLED) и дисплеи непосредственно на основе полимеров (Polymer OLED – PLED)

В случае микромолекулярного строения OLED дисплея используется метод вакуумного осаждения органических материалов из жидкой или газообразной (пара) фазы. Данный метод, хоть и позволяет достигать более высоких показателей дисплеев, достаточно трудоемок и требует дорогостоящего оборудования, не говоря уже о необходимости переоборудовать технологические линии. Его сторонниками были Kodak, Sanyo, Pioneer и другие. Следует добавить, что некоторые из этих фирм решили покинуть рынок OLED.

Более привлекателен метод безвакуумного нанесение полимера. Одной из самых перспективных технологий в этом направлении является технология струйной печати, разработанная компаниями Seiko Epson и Cambridge Display Technology (CDT). OLED дисплеи, изготовленные по такой технологии, еще называют LEP дисплеями (Light-Emitting Polymer). Стоит заметить, что струйная печать позволяет наносить полимер на гибкую подложку, что невозможно в первом варианте. Применение этой технологии положило начало FOLED дисплеям, то есть гибким OLED дисплеям, что в свою очередь открыло поистине безграничные просторы для использования технологии OLED.

Вот пожалуй и все пока, что хотелось бы сказать о технологии изготовления OLED дисплеев, в последующих статьях я попробую более подроробно рассказать о OLED телевизорах и их будующем.

Выбирая телевизор, Вы можете так же ознакомиться с другими статьями на нашем сайте: