Organiczna dioda elektroluminescencyjna
Organiczna dioda elektroluminescencyjna, OLED (od ang. organic light-emitting diode) – należy do rodziny diod elektroluminescencyjnych (LED), wytwarzana ze związków organicznych. Wykorzystywana jako powierzchniowe źródło światła. Stosuje się je do budowy elastycznych wyświetlaczy, telewizorów lub innych urządzeń przenośnych. Wyświetlacze wyprodukowane w technologii OLED są wyjątkowo cienkie za sprawą braku potrzeby ich podświetlania, gdyż diody samoistnie generują światło.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3c/LG%EC%A0%84%EC%9E%90%2C_%EA%B9%9C%EB%B9%A1%EC%9E%84_%EC%97%86%EB%8A%94_55%EC%9D%B8%EC%B9%98_3D_OLED_TV_%EA%B3%B5%EA%B0%9C%282%29.jpg/300px-LG%EC%A0%84%EC%9E%90%2C_%EA%B9%9C%EB%B9%A1%EC%9E%84_%EC%97%86%EB%8A%94_55%EC%9D%B8%EC%B9%98_3D_OLED_TV_%EA%B3%B5%EA%B0%9C%282%29.jpg)
OLED oznacza także klasę wyświetlaczy graficznych opartych na tej technologii, upowszechnionych dzięki przewadze technologicznej nad LED, LCD i PDP oraz ich masowemu stosowaniu w smartfonach (największy producent telefonów do 2013 wyprodukował ponad 200 mln sztuk urządzeń wyposażonych w wyświetlacz OLED)[i]; technologia ta od 2012 jest też coraz szerzej stosowana w telewizorach.
Wyświetlacze tego typu charakteryzują się dość prostą metodą produkcji: warstwa organiczna, składająca się z diod-pikseli w trzech barwach (lub czterech – dodatkowo biała), jest nakładana na płytę bazową w procesie podobnym do drukowania stosowanego przez drukarki atramentowe. Dodatkowe wprowadzenie warstwy pośredniej między płytą a emiterem podnosi sprawność i jasność ekranu. Ekran OLED nie wymaga podświetlenia, gdyż wydziela światło bezpośrednio, dzięki czemu zapewnia najlepszy współczynnik kontrastu oraz prawdziwą czerń[ii] spośród wszystkich technologii wyświetlaczy (LED, LCD, PDP czy wyświetlacz laserowy). Technologia pozwala uzyskać przezroczysty wyświetlacz, jak również zakrzywienie powierzchni ekranu, w efekcie wyświetlany obraz wydaje się bardziej przestrzenny[iii] w stosunku do płaskiego wykonania ekranu.
Historia
edytujPierwszym związkiem organicznym, w którym odkryto zjawisko emisji światła pod wpływem przyłożenia napięcia elektrycznego, był polifenylenowinylen; odkrycia tego dokonano w roku 1989 w laboratorium Uniwersytetu w Cambridge.
Pierwszym seryjnie produkowanym urządzeniem wyposażonym w wyświetlacz OLED był palmtop CLIE PEG-VZ90 firmy Sony – wyświetlacz o przekątnej 3,8 cala, rozdzielczości 480 × 320 pikseli, jasności 150 cd/m², grubości 1,9 mm i kącie widzenia 180°. 26 maja 2007 roku firma Sony pokazała film ukazujący elastyczny wyświetlacz OLED o przekątnej ekranu 2,5 cala i rozdzielczości 120 × 160 pikseli.
Komercyjne zastosowanie
edytujW październiku 2007 firma Sony zaprezentowała telewizor wykonany w technologii OLED. Telewizor XEL-1 miał przekątną 11 cali, rozdzielczość 960 × 540 pikseli, kontrast 1 000 000:1 oraz grubość 3 mm. Odbiornik ważył około 2 kg i posiadał złącze HDMI[1].
W kwietniu 2008 firma Samsung zaprezentowała dwa pierwsze monitory komputerowe OLED o wymiarach 15 oraz 30 cali. Głównymi zaletami prototypów, był niski pobór energii, o 30% niższy w stosunku do LCD, jak również pokrycie palety barw Adobe RGB w 97%[2].
W 2012 Samsung zaprezentował 55-calowy telewizor KN55ES9500 Samsung Super OLED TV – wykonany w technologii Super OLED, obsługiwany gestami[3].
Pierwszy telewizor OLED jaki został wprowadzony do masowej produkcji to LG 55EM9600[4]. Firma LG w 2012 zaprezentowała swój 55-calowy model OLED, wykonany w technologii WOLED (White OLED). Do głównych zalet można zaliczyć m.in. rzeczywisty współczynnik kontrastu wynoszący 100 000:1 oraz szeroką przestrzeń barw, która jest znacznie wyższa niż w LED LCD. Wartym uwagi jest grubość wynosząca 4[5]–5 mm[6]. Każdy piksel telewizora ma 3 kolory RGB oraz dodatkowy czwarty – biały. Czas reakcji wynosił 0,02 ms, czyli 100× mniej niż LCD, a szerokość ramki wokół ekranu to 1 mm[5].
W telefonach komórkowych koszt wyprodukowania 4-calowego wyświetlacza w roku 2013 był o 20% wyższy od taniego wyświetlacza LCD i wynosił 50 USD[7]
Typy wyświetlaczy OLED
edytuj- RGB OLED
- Active-matrix OLED (AMOLED)
- Passive-matrix OLED (PMOLED)
- Polymer LED (PLED)
- Transparent OLED (TOLED)
- Top-emitting OLED (TEOLED)
- Foldable OLED (FOLED)
- White OLED (WOLED)
Budowa oraz zasada działania
edytujOLED składa się z warstwy emisyjnej, warstwy przewodzącej, podłoża oraz anody i katody. Warstwy złożone są z cząstek organicznych polimerów przewodzących, których poziom przewodzenia znajduje się w zakresie między izolatorami a przewodnikami, z tego względu nazywane są one półprzewodnikami organicznymi.
Dioda OLED zbudowana jest z kilku bardzo cienkich warstw materiałów nałożonych na siebie w sposób przypominający wyglądem kanapkę. Tymi warstwami są:
- dwie elektrody przewodzące:
- dwie warstwy organiczne:
- warstwa przewodząca – organiczny półprzewodnik typu „n”
- warstwa emisyjna – organiczny półprzewodnik typu „p” z innego materiału organicznego niż w przypadku warstwy przewodzącej; warstwa jest tak nazywana, gdyż emituje promieniowanie elektromagnetycznego w zakresie widma widzialnego; dlatego warstwa ta nazywana jest emisyjną
- podłoże – przezroczyste, najczęściej folia lub szkło
Istnieje możliwość „dodania” trzeciej warstwy organicznej w celu bardziej efektywnego przepływu elektronów z katody do warstwy emisyjnej[8].
Proces technologiczny wytwarzania diody OLED zwykle odbywa się w następującej kolejności:
- Na podłoże naniesiona zostaje anoda.
- Na anodzie wytwarzana jest warstwa transportowa dla dziur.
- Naniesienie warstwy przewodzącej typu „n”.
- Na warstwie przewodzącej wytwarzana jest warstwa emisyjna typu „p”.
- Następnie nanoszona jest warstwa transportowa dla elektronów.
- Na samej górze umieszczana jest katoda.
Grubość warstw w OLED technology nie przekracza 500 nm.
Przyłożenie napięcia do OLED powoduje przepływ elektronów od katody do anody, zatem katoda podaje elektrony do warstwy emisyjnej, a anoda pobiera elektrony z warstwy przewodzącej, innymi słowy anoda podaje dziury elektronowe do warstwy emisyjnej.
W momencie spolaryzowania złącza w kierunku przewodzenia, warstwa emisyjna jest naładowana ujemnie, jednocześnie warstwa przewodząca staje się bogata w dodatnio naładowane dziury. Oddziaływanie elektrostatyczne przyciąga elektrony i dziury, które ze sobą rekombinują. Dzieje się to blisko warstwy emisyjnej, bowiem dziury w półprzewodnikach organicznych są bardziej mobilne niż elektrony (odwrotnie niż w przypadku półprzewodników nieorganicznych). W momencie rekombinacji elektron przechodzi na niższy poziom energetyczny, czemu towarzyszy emisja promieniowania elektromagnetycznego w zakresie widma widzialnego. Dlatego warstwa ta nazywana jest emisyjną[9].
OLED nie świeci przy zaporowym spolaryzowaniu złącza, ponieważ dziury elektronowe przemieszczają się do anody, a elektrony do katody, tak więc oddalają się od siebie i nie rekombinują.
Jako materiał anody zwykle stosowany jest ITO (indium tin oxide – roztwór stały tlenku indu(III) i tlenku cyny(IV)). Jest on przezroczysty dla światła i posiada wysoką pracę wyjścia, co sprzyja przemieszczaniu dziur do warstwy polimerowej. Do tworzenia katod często używa się glinu i wapnia, ponieważ metale te posiadają niską pracę wyjścia, co ułatwia wstrzykiwanie elektronów do warstwy polimerowej.
Wady i zalety
edytujZalety
edytuj- Największy kontrast spośród obecnych technologii wyświetlaczy.
- Odwzorowanie barw pozwalające uzyskać WIDE Gamut RGB (skalibrowane, profesjonalne monitory dla grafików typu LED LCD tylko zbliżają się do tego poziomu).
- Możliwość zakrzywienia powierzchni ekranu. W procesie produkcji materiał organiczny może być naniesiony na odpowiednie elastyczne i lekkie podłoże, daje to możliwość produkcji zwijanych wyświetlaczy, ekranów wszytych w odzież oraz lżejszych komputerów przenośnych.
- Ma większą skalę barw i jasność niż LCD, ponieważ piksele OLED bezpośrednio emitują światło, które nie jest zatrzymywane przez filtry polaryzacyjne, tak jak jest w wypadku LCD.
- Nie wymaga podświetlenia, dzięki temu kontrast może wynosić nawet 1 000 000:1, a czerń jest idealnie czarna. Zmniejsza to pobór energii w chwili wyświetlania ciemnego obrazu. Brak podświetlenia obniża też koszt produkcji oraz eksploatacji.
- Kolor punktu obrazu na wyświetlaczu OLED pozostaje prawidłowy nawet gdy kąt patrzenia bliski jest 90° względem wektora normalnego. Przy wykorzystaniu przezroczystego, elastycznego podłoża, wyświetlacz taki może wyświetlać obraz z obu stron, a tym samym kąt widzenia jest praktycznie nieograniczony.
- Posiada znacznie krótszy czas reakcji w porównaniu do monitora LCD, który cechuje się czasem reakcji na poziomie 2‒12 milisekund, natomiast OLED nawet około 0,01 milisekundy.
- W procesie produkcji OLED nie jest wykorzystywana rtęć, co czyni je bardziej przyjaznymi dla środowiska.
- Dzięki prostej budowie, braku podświetlenia oraz mniejszej liczbie warstw wyświetlacza, szacunkowe koszty masowej produkcji są znacznie niższe niż produkcja wyświetlaczy LCD oraz paneli plazmowych. Także mniejsze zużycie energii i mniejsza liczba elementów ma wpływ na niższy koszt eksploatacji wyświetlaczy OLED.
- Bardzo mała grubość, niska masa.
Wady
edytuj- Żywotność organicznych materiałów – niebieski OLED cechuje się najkrótszą żywotnością spośród tzw. kolorów RGB (czerwony, zielony, niebieski) – ok. 5–14 tys. godzin pracy, gdzie czas pracy czerwonego i zielonego OLEDa może wynosić nawet od 46 do 230 tys. godzin pracy.
- podatność na czynniki środowiskowe – materiały organiczne są szczególnie wrażliwe na działanie czynników środowiskowych. W przypadku mechanicznego uszkodzenia matrycy wyświetlacza woda lub wilgoć może bez trudu zniszczyć materiał organiczny. Przydatne jest dodatkowe powierzchowne zabezpieczenie,
- Większe zużycie energii od ekranów LCD w trakcie wyświetlania białych i jasnych elementów, np. podczas przeglądania stron internetowych lub dokumentów w edytorze tekstu[11][12][13][14] (podczas testów mieszanych wyświetlacz pobiera o 30% mniej energii)
- Rozwój technologii jest ograniczony patentami posiadanymi przez Eastman Kodak, żądającego nabycia licencji przez inne firmy. W przeszłości wiele technologii wyświetlaczy zostało szeroko rozpowszechnionych dopiero po wygaśnięciu patentów; klasycznym tego przykładem jest maska szczelinowa (monitora kineskopowego)[10].
Zobacz też
edytujPrzypisy
edytuj- ↑ Telewizor XEL-1. [dostęp 2011-03-06].
- ↑ LED-y i OLED-y. „NEXT”, s. 162, 1 kwietnia 2008. Warszawa: PCFormat. ISSN 1898-2271.
- ↑ Samsung Super OLED TV: supercienki telewizor 55″ obsługiwany gestami [online], www.benchmark.pl [dostęp 2017-11-25] .
- ↑ Samsung ES9500 OLED TV Release Date, Price and Specs – CNET [online], reviews.cnet.com [dostęp 2017-11-25] (ang.).
- ↑ a b 55-calowy telewizor OLED LG zaprezentowany w Europie – WP Tech [online], tech.wp.pl [dostęp 2017-12-03] (pol.).
- ↑ LG: premiera 55″ telewizora OLED na targach CES 2012 [online], www.benchmark.pl [dostęp 2017-11-25] .
- ↑ Samsung: ekrany AMOLED i OLED – plany na lata 2012 i 2013 [online], www.benchmark.pl [dostęp 2017-11-25] .
- ↑ OLED definition – What is OLED and How does it Work? – 911electronic, „911 Electronic”, 5 marca 2017 [dostęp 2018-04-24] (ang.).
- ↑ Karzazi Y. , Cornil J. , Bredas J. L. , Nanotechnology, 2003 .
- ↑ Y. Karzazi , Organic Light Emitting Diodes: Devices and applications, 2014 .
Linki zewnętrzne
edytuj- Budowa wyświetlaczy OLED (pol.)
- Zasada działania wyświetlaczy OLED (ang.)
- OLED community with information and news (ang.)
- OLED Design Contest (ang. • wł.)
- OLED technology Infos (ang.)
- OLED product news (ang.)