Technologie OLED - tak kde vězí?
9.12.2008, Pavel Kovač, článek
LCD panely se pomalu blíží ke svému technologickému vrcholu, a tak se zraky upírají k technologii OLED. Ta slibuje spojení těch nejlepších vlastností z LCD a CRT a ještě jich spoustu přidává. Co vše se za posledních pár roků v této oblasti změnilo?
Kapitoly článku:
- Technologie OLED - tak kde vězí?
- Vlastnosti OLED displejů
- Využití OLED, budoucnost
- OLED - tak kde to vězí?
- Doplněk: Historie OLED
Update 9.12.2008: doplněna 3. kapitola OLED - tak kde to vězí?
Proč vidět v technologii OLED budoucnost?
Všichni to známe, CRT nebo LCD monitor? LCD jsou drahé, mají problémy s odezvou a pokud si nekoupíme vyšší třídu, mají i špatné barevné podání. Naopak mají výhodu v menší únavě očí, rozměrech, geometrii a ve faktu, že je spousta LCD panelů širokoúhlá. CRT je zase dosluhující technologie, která trpí neduhy typu blikání, což jde ruku v ruce s velkou únavou očí. Barevný gamut je dnes již také malý a na profi LCD CRT obrazovky zkrátka nemají. CRT obrazovky také relativně rychle stárnou a mají špatnou geometrii obrazu. Toto jsou notoricky známé vlastnosti obou technologií. Vyřeší OLED všechny neduhy a spojí jen ty dobré vlastnosti? O tom si však povíme až na úplný konec dnešního článku, nejdříve se s technologií OLED musíme seznámit a kouknout se na její princip.
Po rozepsání zkratky OLED dojdeme k celkem obyčejnému spojení "Organic Light Emitting Diode". Kdyby zde nebylo slovíčko "Organic", šlo by o běžnou svítivou diodu tzv. LEDku, kterou jistě všichni znáte. Právě tím nejdůležitějším rozdílem je to že ona dioda je vyrobena z organického materiálu. Díky tomu lze vyrobit skutečně malinkaté "diodky", které lze doslova tisknout na základní materiál. Díky tomu se snižují výrobní náklady, o tom ale později.
Nyní se vraťme k samotné technologii. Ony diodky svítí různými barvami. V našem případě je to klasický RGB model, což znamená, že struktura OLED je stejná jako LCD a každý pixel je složen ze tří subpixelů (červený, zelený a modrý). Pokud jsou tyto subpixely dostatečně malé, lidské oko si je spojí a vznikne tím výsledná barva. Ale to jen pro připomenutí, protože ten, kdo sleduje naše stránky pravidelně, jistě toto všechno už ví.
Postupme se k samotné technologii. Pokud bych měl srovnat technologii LCD a OLED jako takovou, tak OLED je naprosto triviální a oproti LCD to je dětská skládačka. Základní myšlenkou je organický materiál, který emituje světlo určité barvy, pokud se na něj přivede stejnosměrné napětí. Není tedy nic jednoduššího, než naskládat dostatečný počet takovýchto buňek vedle sebe, propojit je pomocí aktivní či pasivní matice a voila, máme OLED displej. Pro monitory se samozřejmě bude používat pouze aktivní matice, protože poskytuje daleko jasnější a ostřejší obraz (stejná se samozřejmě používá i u LCD monitorů). Samotný pixel se opět skládá ze tří subpixelů (červený, modrý a zelený). Na následujícím schémátku vidíte základní princip OLED displeje.
Schéma jednoho pixelu OLED displeje
Jednoduché, že? Stačí na katodu a anodu přivést napětí od 2-10V a jeden subpixel začne svítit. Samotné organické emitory jsou napájeny z kovové katody, přes vodivou vrstvu (Vrstva pro přenos elenktronů), ta je zde pouze pro to, aby se napětí dostalo ke správnému subpixelu. Z druhé strany je anoda, v které se vytvářejí elektronové díry, které jsou přenášeny přes speciální organickou vrstvu až do jednotlivých subpixelů (organické emitory). Elektrony tedy proudí z katody do vodivé vrstvy, poté do samotného organického materiálu, který tímto emituje fotony (svítí) o specifické vlnové délce (barvě).
Výhodou OLED displeje je i to, že není problém vyrobit jej průhledný, zrcadlový apod. Zkrátka vše záleží na tom, na jaký materiál nanesete organickou vrstvu s aktivní resp. pasivní maticí. Pokud to bude průhledná fólie, bude i displej průhledný. Pokud se nanese na lesklou hliníkovou fólii, popř. jiný lesklý materiál, bude displej ve vypnutém stavu sloužit jako perfektní zrcadlo.
Velice důležité je to, že pokud na subpixel (organický materiál) nepřivedeme zádné napětí, tak zkrátka nesvítí. Proč to tolik zdůrazňuji? Jde totiž o obrovský rozdíl oproti LCD panelům, kde i v případě, kdy je subpixel (krystal) zcela zavřen, nějaké to světlo se skrz něj stále dostane. Proto pokud si necháte zobrazit černou barvu ve tmě, vidíte více či méně barvu šedou (popř. u některých fialovou). U OLED je tomu naprosto jinak. Zkrátka a jednoduše - černá barva bude skutečně černá. Díky tomu mají OLED i vlastně nekonečný kontrast. Jde pouze o to, jak dostatečně zatemní výrobce obrazovku. Pokud se za pixel nedostane žádné světlo (což je zamozřejmě teoreticky nemožné), bude pixel ve vypnutém stavu absolutně černý.
Vliv napětí na intenzitě emitovaného světla sice není lineární, ale má jednu výhodu. Od 0-2V se neemitují žádné fotony, a tak nějaké zbytkové napětí nebude mít vliv na kvalitu obrazu. Přesná křivka závislosti jasu na napětí je následující:
Teoretická hranice je někde u 100 000 cd/m2, ale to je natolik velká hodnota, že ji u monitorů jen tak nevyužijeme. Je zde však jedno malé ale. Tím je fakt, že tento graf se vztahuje na organický materiál jako takový, ne však na samotné displeje. U nich totiž musíme počítat s tím, že pixely resp. subpixely nezabírají celý povrch obrazovky, ale mají mezi sebou mezery (jak pixely tak subpixely). To znamená, že hodnota jasu se výrazně sníží. Stále je zde však obrovská rezerva.
Nyní si povíme něco o materiálech, z kterých se organické displeje vyrábějí. Základním stavebním kamenem je Polyphenylevevinylen (R-PPV), popř. Polyfluoren (PF). Tyto dva materiály se používají pro samotné emisivní (svítící) buňky při tisknutí na matici. Jejich nesmírnou výhodou je až neskutečně jednoduchá "montáž" do samotného displeje. Oba tyto materiály je možné jednoduše a doslova vytisknout (samozřejmě inkoustová tiskárna na to nestačí) na základní matici (obvykle na katodu), poté je překrýt ještě Polyanilinem popř. Polythylenedioxythiophnem (Vrstva pro přenos "děr") a překrýt toto vše anodou a krycím sklem, popřípadně průhledným plastem.
Tyto materiály jsou i po nanešení na základní matici stále pružné, a tak není vůbec žádný problém vyrobit ohebný displej, který se sroluje do těla notebooku. Dokážu si také představit velkoplošnou televizi, která se umístí jako klasické plátno na stěnu místnosti a v případě potřeby se skryje, aby nenarušovala interiér bytu.
A protože je onen materiál tisknut na základní matici, není problém vytvořit prakticky jakékoli tvary subpixelů. Možná se v blízké budoucnosti setkáme s kruhovým tvarem subpixelů, který by teoreticky mohl odstranit ostré hrany písmen bez použití vyhlazování. Velikost jednotlivých subpixelů může být až neskutečně malinká (oproti LCD). Možná se tak dočkáme panelů s vysokým rozlišením, které je několikanásobě vyšší než u současných LCD panelů. Jediný problém je ten, aby to všechno útáhl procesor a grafická karta. Tloušťka nanášené vrstvy organického materiálu je cca 200x menší než tloušťka lidského vlasu. Je vidět, že tloušťka samotného displeje je limitována pouze tím, aby fólie, na které je tato vrstva nanesena, něco vydržela a nerozpadla se při sebemenším větříčku.
Rúzné tvary subpixelů
Samozřejmě aby onen emisivní polymer nesvítil stejnou barvou, je třeba upravit jeho chemické složení. Zde již nebudu rozepisovat ony dlouhé a pro většinu čtenářů nicneříkající názvy. Pro úplnost je zde však alespoň značka těchto materiálů.
Proč vidět v technologii OLED budoucnost?
Všichni to známe, CRT nebo LCD monitor? LCD jsou drahé, mají problémy s odezvou a pokud si nekoupíme vyšší třídu, mají i špatné barevné podání. Naopak mají výhodu v menší únavě očí, rozměrech, geometrii a ve faktu, že je spousta LCD panelů širokoúhlá. CRT je zase dosluhující technologie, která trpí neduhy typu blikání, což jde ruku v ruce s velkou únavou očí. Barevný gamut je dnes již také malý a na profi LCD CRT obrazovky zkrátka nemají. CRT obrazovky také relativně rychle stárnou a mají špatnou geometrii obrazu. Toto jsou notoricky známé vlastnosti obou technologií. Vyřeší OLED všechny neduhy a spojí jen ty dobré vlastnosti? O tom si však povíme až na úplný konec dnešního článku, nejdříve se s technologií OLED musíme seznámit a kouknout se na její princip.
Jak OLED pracuje?
Po rozepsání zkratky OLED dojdeme k celkem obyčejnému spojení "Organic Light Emitting Diode". Kdyby zde nebylo slovíčko "Organic", šlo by o běžnou svítivou diodu tzv. LEDku, kterou jistě všichni znáte. Právě tím nejdůležitějším rozdílem je to že ona dioda je vyrobena z organického materiálu. Díky tomu lze vyrobit skutečně malinkaté "diodky", které lze doslova tisknout na základní materiál. Díky tomu se snižují výrobní náklady, o tom ale později.
Nyní se vraťme k samotné technologii. Ony diodky svítí různými barvami. V našem případě je to klasický RGB model, což znamená, že struktura OLED je stejná jako LCD a každý pixel je složen ze tří subpixelů (červený, zelený a modrý). Pokud jsou tyto subpixely dostatečně malé, lidské oko si je spojí a vznikne tím výsledná barva. Ale to jen pro připomenutí, protože ten, kdo sleduje naše stránky pravidelně, jistě toto všechno už ví.
Postupme se k samotné technologii. Pokud bych měl srovnat technologii LCD a OLED jako takovou, tak OLED je naprosto triviální a oproti LCD to je dětská skládačka. Základní myšlenkou je organický materiál, který emituje světlo určité barvy, pokud se na něj přivede stejnosměrné napětí. Není tedy nic jednoduššího, než naskládat dostatečný počet takovýchto buňek vedle sebe, propojit je pomocí aktivní či pasivní matice a voila, máme OLED displej. Pro monitory se samozřejmě bude používat pouze aktivní matice, protože poskytuje daleko jasnější a ostřejší obraz (stejná se samozřejmě používá i u LCD monitorů). Samotný pixel se opět skládá ze tří subpixelů (červený, modrý a zelený). Na následujícím schémátku vidíte základní princip OLED displeje.
Schéma jednoho pixelu OLED displeje
Jednoduché, že? Stačí na katodu a anodu přivést napětí od 2-10V a jeden subpixel začne svítit. Samotné organické emitory jsou napájeny z kovové katody, přes vodivou vrstvu (Vrstva pro přenos elenktronů), ta je zde pouze pro to, aby se napětí dostalo ke správnému subpixelu. Z druhé strany je anoda, v které se vytvářejí elektronové díry, které jsou přenášeny přes speciální organickou vrstvu až do jednotlivých subpixelů (organické emitory). Elektrony tedy proudí z katody do vodivé vrstvy, poté do samotného organického materiálu, který tímto emituje fotony (svítí) o specifické vlnové délce (barvě).
Výhodou OLED displeje je i to, že není problém vyrobit jej průhledný, zrcadlový apod. Zkrátka vše záleží na tom, na jaký materiál nanesete organickou vrstvu s aktivní resp. pasivní maticí. Pokud to bude průhledná fólie, bude i displej průhledný. Pokud se nanese na lesklou hliníkovou fólii, popř. jiný lesklý materiál, bude displej ve vypnutém stavu sloužit jako perfektní zrcadlo.
Velice důležité je to, že pokud na subpixel (organický materiál) nepřivedeme zádné napětí, tak zkrátka nesvítí. Proč to tolik zdůrazňuji? Jde totiž o obrovský rozdíl oproti LCD panelům, kde i v případě, kdy je subpixel (krystal) zcela zavřen, nějaké to světlo se skrz něj stále dostane. Proto pokud si necháte zobrazit černou barvu ve tmě, vidíte více či méně barvu šedou (popř. u některých fialovou). U OLED je tomu naprosto jinak. Zkrátka a jednoduše - černá barva bude skutečně černá. Díky tomu mají OLED i vlastně nekonečný kontrast. Jde pouze o to, jak dostatečně zatemní výrobce obrazovku. Pokud se za pixel nedostane žádné světlo (což je zamozřejmě teoreticky nemožné), bude pixel ve vypnutém stavu absolutně černý.
Vliv napětí na intenzitě emitovaného světla sice není lineární, ale má jednu výhodu. Od 0-2V se neemitují žádné fotony, a tak nějaké zbytkové napětí nebude mít vliv na kvalitu obrazu. Přesná křivka závislosti jasu na napětí je následující:
Teoretická hranice je někde u 100 000 cd/m2, ale to je natolik velká hodnota, že ji u monitorů jen tak nevyužijeme. Je zde však jedno malé ale. Tím je fakt, že tento graf se vztahuje na organický materiál jako takový, ne však na samotné displeje. U nich totiž musíme počítat s tím, že pixely resp. subpixely nezabírají celý povrch obrazovky, ale mají mezi sebou mezery (jak pixely tak subpixely). To znamená, že hodnota jasu se výrazně sníží. Stále je zde však obrovská rezerva.
Materiály použité pro OLED displeje
Nyní si povíme něco o materiálech, z kterých se organické displeje vyrábějí. Základním stavebním kamenem je Polyphenylevevinylen (R-PPV), popř. Polyfluoren (PF). Tyto dva materiály se používají pro samotné emisivní (svítící) buňky při tisknutí na matici. Jejich nesmírnou výhodou je až neskutečně jednoduchá "montáž" do samotného displeje. Oba tyto materiály je možné jednoduše a doslova vytisknout (samozřejmě inkoustová tiskárna na to nestačí) na základní matici (obvykle na katodu), poté je překrýt ještě Polyanilinem popř. Polythylenedioxythiophnem (Vrstva pro přenos "děr") a překrýt toto vše anodou a krycím sklem, popřípadně průhledným plastem.
Tyto materiály jsou i po nanešení na základní matici stále pružné, a tak není vůbec žádný problém vyrobit ohebný displej, který se sroluje do těla notebooku. Dokážu si také představit velkoplošnou televizi, která se umístí jako klasické plátno na stěnu místnosti a v případě potřeby se skryje, aby nenarušovala interiér bytu.
A protože je onen materiál tisknut na základní matici, není problém vytvořit prakticky jakékoli tvary subpixelů. Možná se v blízké budoucnosti setkáme s kruhovým tvarem subpixelů, který by teoreticky mohl odstranit ostré hrany písmen bez použití vyhlazování. Velikost jednotlivých subpixelů může být až neskutečně malinká (oproti LCD). Možná se tak dočkáme panelů s vysokým rozlišením, které je několikanásobě vyšší než u současných LCD panelů. Jediný problém je ten, aby to všechno útáhl procesor a grafická karta. Tloušťka nanášené vrstvy organického materiálu je cca 200x menší než tloušťka lidského vlasu. Je vidět, že tloušťka samotného displeje je limitována pouze tím, aby fólie, na které je tato vrstva nanesena, něco vydržela a nerozpadla se při sebemenším větříčku.
Rúzné tvary subpixelů
Samozřejmě aby onen emisivní polymer nesvítil stejnou barvou, je třeba upravit jeho chemické složení. Zde již nebudu rozepisovat ony dlouhé a pro většinu čtenářů nicneříkající názvy. Pro úplnost je zde však alespoň značka těchto materiálů.
