OLED: экраны телевизора, монитора, смартфона на светодиодах

OLED: экраны телевизора, монитора, смартфона на светодиодах

Прогресс в области видео- теле- техники налицо. В распоряжении социума компьютеры и телевизоры, оснащённые, к примеру, жидкокристаллическими экранами. Конструкции ЖК экранов достаточно тонкие и облегчённые, чтобы закрепить, допустим, на стене. Также жидкокристаллические системы обеспечивают достаточную чёткость изображения для встраивания в портативные устройства — мобильные телефоны и др. Однако разработана ещё более технологичная конструкция экранов на основе органических светодиодов — OLED (Organic Light-Emitting Diode). Конструкции сверхлёгких, супертонких, теоретически достаточно гибких систем видео монтируются даже на предметах одежды. При этом пользователь имеет яркую и красочную картинку. Рассмотрим подробнее технологию OLED и принцип работы современного телевизора подобного типа.

Что представляет собой OLED светодиод?

Электронные приборы – светодиоды типа LED, достаточно хорошо знакомы многим людям, так как применяются повсеместно. Теперь, к примеру, популярными являются обычные фонарики, которые прежде использовали лампочки накаливания, а сейчас построены на светодиодах LED. Однако существуют несколько разновидностей светодиодов и одна из разновидностей – OLED изделия.

LG Electronics 4K

Органические светодиоды для экранов ТВ
Органические светодиодные излучатели в трёх основных цветах, применяемых в системах матриц телевизионных экранов, компьютерных дисплеев и другой похожей электронной техники

Конструктивно OLED  светодиод отличается тем, что свечение этого прибора генерируется органическими молекулами. В данном случае органические молекулы основаны на линиях (кольцах) атомов углерода, включая обычные для социума вещи:

  • сахар,
  • бензин,
  • спирт,
  • древесина,
  • пластмасса.

Как же работает органический электронный элемент? Для лучшего понимания работы OLED логично рассмотреть функциональность обычного светодиода. К примеру, взять две пластины полупроводникового материала (кремния или германия). Одну пластину оснастить небольшим количеством электронов (n-тип), а другую тоже небольшим количеством «дыр» (р-тип).

Теперь, если соединить пластины n-типа и p-типа вместе, в точке соединения, где избыточные электроны и «дыры» пересекаются и взаимно уничтожают друг друга,  образуется своего рода нейтральная область. Попытки пропустить электрический ток через такую конструкцию сопровождаются интересным явлением.

При подключении электрических контактов к пластинам в одной полярности – электрический ток проходит через созданное соединение. Но если изменить полярность источника питания – течение тока не наблюдается. Собственно, имеет место характерная схема электронного прибора — диода.

Samsung QN 4K

Структура светодиода типа LED
Структура обычного светодиода типа LED: 1 – полупроводниковая пластина P-типа; 2 – полупроводниковая пластина N-типа; 3 – граница образования световой вспышки

Между тем, диод, наделённый дополнительной функцией, в случае проводящей полярности не только проводит ток, но также генерирует свет (фактически – прототип лампы накаливания, когда через нить пропускают ток).

Каждый раз, когда электроны пересекают соединение пластин и контактируют с «дырами» на другой стороне, выделяется избыточная энергия, способствующая появлению вспышки света. Такие многочисленные вспышки воспроизводят непрерывное свечение светодиода.

Особенности работы OLED приборов

Электронные элементы OLED работают аналогичным образом, но в конструкции полупроводника вместо пластин n-типа и p-типа для производства уже несколько иных электронов и «дырок» используются органические молекулы. Простая конструкция электронного полупроводника OLED содержит шесть различных слоёв. Сверху и снизу расположены слои защитного стекла (пластика). Верхний слой именуется уплотнением, а нижний слой подложкой.

Между этими слоями располагается отрицательный контактный слой (катод) и положительный контактный слой (анод). Соответственно, между анодом и катодом расположены ещё два слоя, состоящие из органических молекул, образующих излучающий слой (ближний к катоду) и проводящий слой (ближний к аноду). Для «зажигания» OLED светодиода достаточно приложить определённое напряжение (разность потенциалов) к аноду и катоду, соответственно.

Sony XBR65A8F

Структура органического светодиода - OLED
Структура OLED светодиода: 1 – пластина катода; 2 – полимерная или органическая молекулярная часть (излучающая); 3 — полимерная или органическая молекулярная часть (проводящая); 4 – пластина анода; 5 — субстрат

Под фактором течения тока в схеме такого прибора образуется ситуация, когда добавленные электроны делают излучающий слой отрицательно заряженным (аналогично слою n-типа в переходном диоде). В то же время проводящий слой приобретает положительно заряженный потенциал (аналогично материалу p-типа).

Положительно заряженные «дырки» более активны, чем отрицательно заряженные электроны, поэтому пересекают границу проводящего слоя и входят в контакт с излучающим слоем. Когда «дырка» сталкивается с электроном, контакт зарядов сопровождается коротким всплеском энергии в виде частицы света — фотона. Этот процесс, многократно повторяющийся в течение короткого периода времени (1с), именуется рекомбинацией. Прибор OLED генерирует непрерывный свет на протяжении всего времени подачи тока в схему.

Совсем несложно заставить прибор OLED излучать свет нужной гаммы цвета. Для этого попросту добавляется цветной фильтр в конструкцию «бутерброда» светодиода, непосредственно под стеклянным (пластиковым) верхним или нижним слоем.

Если поместить тысячи красных, зелёных, синих светодиодов OLED рядом друг с другом, но включать/выключать приборы независимо, получится картинка из светящихся пикселей. Так создаются сложные цветные изображения с высоким разрешением на экранах современных ТВ и мониторов.

Типы применяемых OLED светодиодов

Существуют и применяются два типа OLED электронных компонентов:

  1. Приборы, основанные на маломерных органических молекулах, осаждённых на стекле.
  2.  Приборы, основанные на большеразмерных полимерных молекулах.

Второй тип OLED называют светоизлучающими полимерами (LEP), иногда, именуют полимерными светодиодами (PLED). Поскольку элементы печатаются на пластике (часто с использованием модифицированной высокоточной версии струйного принтера), структура изделий отличается более выраженной утончённостью и гибкостью.

Sony XBR65A9F

Структура светодиода типа PLED
Структура PLED элемента: 1 – гидроксид кальция / оксид алюминия; 2 – антраценовые блоки; 3 – полиэтилендиокситиофен — полистиролсульфонат (коммерческое название продукта CLEVIOS PVP Al 4083); 4 – оксид индия-олова ; 5 – стеклянная подложка

Конструктивно OLED-дисплеи выстраиваются различными способами. Есть часть конструкций, где световое излучение выходит через стеклянное уплотнение верхней области. Есть также конструкции, излучающие свет через область подложки. Большеразмерные экраны также отличаются построением пикселей из отдельных OLED-элементов.

Одни конструкции экранов выполнены на красных, зелёных, синих пикселях,  располагающихся рядом по сторонам. Другие конструкции сделаны с размещением пикселей друг над другом. Второй вариант даёт большую плотность пикселей на каждый квадратный сантиметр (дюйм) дисплея и более высокое разрешение. Но при этом толщина экрана увеличивается.

Преимущества и недостатки OLED экранов

Конструкции экранов по типу OLED, безусловно, превосходят те же LCD по многим отношениям. Главное преимущество заключается в том, что первые сборки намного тоньше (около 0,2–0,3 мм). То есть LCD как минимум в 10 раз толще. Следовательно, OLED дисплеи легче и гибче. Этот вид устройств ярче воспроизводит картинку и не нуждается в подсветке экрана. Соответственно конструкция потребляет меньше энергии, чем ЖК-дисплеи.

TCL 65S517

Конструкция современного OLED экрана
Вот так выглядит одна из последних и перспективных конструкций OLED экрана, наглядно демонстрирующая все присущие таким конструкциям технические и технологические свойства

На практике отмечено, что ЖК-дисплеи относительно медленно обновляются (особенно заметно на быстро движущихся изображениях). В этом плане экраны OLED реагируют в 200 раз быстрее. Кроме того, этот тип дисплеев выдаёт более правдоподобные цвета (и отличный баланс белого) при больших углах обзора (в отличие от ЖК-дисплеев, где цвета блекнут, исчезают, если смотреть в одну сторону). Будучи намного проще в конструктивном плане, OLED экраны в будущем, несмотря на высокие цены сегодня, будут стоить меньше ЖК устройств.

Что касается недостатков органической светодиодной конструкции, одна из существенных проблем заключается в том, что OLED экраны обладают относительно небольшим сроком службы. Обусловлен этот недостаток экранов ранней деградацией органических молекул. Первые версии OLED-дисплеев имели тенденцию изнашиваться примерно в четыре раза быстрее, чем конструкции ЖК-дисплеев. Производителями этот вопрос постепенно решается. На текущий момент срок службы увеличен уже практически вдвое.

Другой существенный недостаток – высокая чувствительность светодиодных органических модулей к воздействию влаги. Возможно, это не такая выраженная проблема для стационарной бытовой техники — телевизоров и домашних компьютеров, но для мобильных устройств (смартфонов, видеоплейеров и т.п.) недостаток существенный.

Где используются OLED экраны?

Технология OLED остаётся ещё относительно новой по сравнению с аналогичными, давно освоенными технологиями, подобными ЖК экранам. По большому счёту, OLED-дисплеи допустимо использовать везде, где упоминаются технологии:

Утончённая структура экрана, увеличенная яркость и высокое качество цветопередачи позволяют предположить, что в будущем этому типу конструкций найдётся масса других интересных применений. Например, для создания недорогих, анимированных рекламных щитов, а также:

  • для страниц электронных книг и журналов;
  • для настенных картин домов, музеев, выставок;
  • под складные экраны компьютеров;
  • под предметы одежды с меняющимся дизайном.

На момент 2017 года появился «iPhone X» — первый смартфон компании «Apple», оборудованный OLED-дисплеем. Правда, несмотря на потребительский ажиотаж, особой восторженности по поводу смартфона с новым экраном не последовало. Слишком высокая цена далеко не отпустила потенциальных покупателей от витрин, где остаются смартфоны на ЖК-дисплеях.



Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *