Organiczna dioda elektroluminescencyjna

rodzaj diody LED

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.

Jeden z pierwszych komercyjnych ekranów (55") wykonanych w technologii OLED, 2012, targi CES

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)[1]; 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[2] spośród wszystkich technologii wyświetlaczy (LED, LCD, PDP czy wyświetlacz laserowy). Technologia pozwala uzyskać przeźroczysty wyświetlacz jak również zakrzywienie powierzchni ekranu, w efekcie wyświetlany obraz wydaje się bardziej przestrzenny[3] w stosunku do płaskiego wykonania ekranu.

HistoriaEdytuj

 
Ekran OLED 1,5 cala
 
Sony XEL-1

Pierwszym 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 zastosowanieEdytuj

W 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 x 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 OLEDEdytuj

  • 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 działaniaEdytuj

OLED 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:
    • anoda(+) – przezroczysta, w celu przepuszczenia emitowanego światła, również znana pod pojęciem emitera,
    • katoda(-) – niekoniecznie przezroczysta, nazywana także conductor,
  • dwie warstwy organiczne:
    • warstwa przewodząca – organiczny półprzewodnik „n”-type
    • warstwa emisyjna – organiczny półprzewodnik „p”-type, zastosowano inny materiał organiczny 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]

 
Schemat OLED: 1 – katoda (−), 2 – warstwa emisyjna, 3 – emisja promieniowania, 4 – warstwa przewodząca, 5 – anoda (+)

Proces technologiczny wytwarzania diody OLED zwykle odbywa się w następującej kolejności:

  1. Na podłoże naniesiona zostaje anoda.
  2. Na anodzie wytwarzana jest warstwa transportowa dla dziur.
  3. Naniesienie warstwy przewodzącej „n”-type.
  4. Na warstwie przewodzącej wytwarzana jest warstwa emisyjna „p”-type.
  5. Następnie nanoszona jest warstwa transportowa dla elektronów.
  6. Na samej górze umieszczana jest katoda.

Grubość warstw w OLED technology nie przekracza 500nm.

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 oxideroztwór 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 zaletyEdytuj

ZaletyEdytuj

  • 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 waga.

WadyEdytuj

  • Żywotność organicznych materiałów – niebieski OLED cechuje się najkrótszą żywotnością spośród tzw. kolorów RGB (czerwony, zielony, niebieski) ok. 5000-14 000 h, gdzie czas pracy czerwonego i zielonego OLEDa może wynosić nawet od 46 000 do 230 000 h.
  • 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 teżEdytuj

PrzypisyEdytuj

  1. Telewizor XEL-1. [dostęp 2011-03-06].
  2. LED-y i OLED-y. „NEXT”, s. 162, 1 kwietnia 2008. Warszawa: PCFormat. ISSN 234451. 
  3. Samsung Super OLED TV: supercienki telewizor 55” obsługiwany gestami, www.benchmark.pl [dostęp 2017-11-25].
  4. Samsung ES9500 OLED TV Release Date, Price and Specs - CNET, reviews.cnet.com [dostęp 2017-11-25] (ang.).
  5. a b 55-calowy telewizor OLED LG zaprezentowany w Europie - WP Tech, tech.wp.pl [dostęp 2017-12-03] (pol.).
  6. LG: premiera 55" telewizora OLED na targach CES 2012, www.benchmark.pl [dostęp 2017-11-25].
  7. Samsung: ekrany AMOLED i OLED - plany na lata 2012 i 2013, www.benchmark.pl [dostęp 2017-11-25].
  8. OLED definition - What is OLED and How does it Work? - 911electronic, „911 Electronic”, 5 marca 2017 [dostęp 2018-04-24] (ang.).
  9. Karzazi Y., Cornil J., Bredas J. L., Nanotechnology, 2003.
  10. Y. Karzazi, Organic Light Emitting Diodes: Devices and applications, 2014.

Linki zewnętrzneEdytuj