O OLED se už dlouho mluví jako o zobrazovačích budoucnosti a nástupci LCD, přesto jsme se OLED displejů dočkali prakticky jen v mobilech a u extrémně drahých televizorů. Proč?
Tento článek původně vyšel v časopise Computer
Ačkoliv se může zdát, že je technologie organických elektroluminiscenčních diod (OLED) záležitost posledních deseti let, není tomu tak. OLED je předmětem dlouhého výzkumu sahajícího až do padesátých let minulého století, kdy André Bernanose na univerzitě Nancy-Université ve Francii se svými spolupracovníky zjistil, že některé organické materiály vykazují při průchodu střídavého vysokého napětí elektroluminiscenci.
Po dílčích úspěších z jiných vědeckých pracovišť po světě byla v roce 1987 ve společnosti Eastman Kodak zkonstruována první OLED dioda. Ta využívala inovovanou dvouvrstvou konstrukci se samostatnou dopravou elektronů a děr tak, že k jejich rekombinaci a emisi světla došlo v prostřední organické vrstvě. Tím se snížilo provozní napětí, zvýšila se účinnost a tento objev vedl k současnému výzkumu a výrobě OLED displejů.
Jeden pixel OLED displeje s aktivní maticí (AMOLED) - popisky jednotlivých vrstev v odstavci níže
Současné OLED fungují stejně, jen se mění a vylepšují použité materiály, které jsou v několika velmi tenkých vrstvách. Mezi kovovou anodou (1) a průhlednou katodou (2) se nachází několik vrstev organických látek. Jedná se o vrstvu přenášející elektrony (3), světlo emitující vrstvu (4) a vrstvu, která přenáší díry (5). Přivedení napětí do určité oblasti mezi anodou a katodou má za následek velký proud děr a elektronů, které rekombinují ve světloemitující vrstvě. Tím dochází ke vzniku fotonů viditelného světelného záření, které prochází poslední, skleněnou vrstvou (6). Stejně jako LCD displeje se i OLED dělí na displeje s pasivní maticí (PM – Passive Matrix) a s aktivní maticí (AM – Active Matrix), (7) která je nanesená na skleněném nebo plastovém substrátu (8).
Pasivní versus aktivní matice
Displeje PMOLED jsou méně komplikované a používají se především pro zobrazování jednoduchých jednobarevných obrazců, například textu. Ty také přišly jako první například v MP3 přehrávačích, kde oproti STN displejům vynikají svými pozorovacími úhly a jasem. PMOLED displeje jsou řízeny mřížkovou matricí navzájem překřížených vodičů. V místě křížení jsou vodiče připojeny k elektrodám OLED struktury, a tím vznikají jednotlivé pixely. Na anody a katody vybraných bodů je pomocí mříže vodičů a multiplexních přepínačů přivedeno elektrické napětí, které nutí organickou látku vyzařovat světlo.
OLED displeje s pasivní maticí navzájem překřížených vodičů se hodí pouze pro jednoduché a malé displeje především pro text, maximálně pro grafiku s nízkým rozlišením
Signály jsou zpravidla dodávány do sloupců a synchronizovány s cyklickým zapojováním řádků. Optický výstup tak vzniká postupným skládáním řádků, ke kterému dochází šedesátkrát za sekundu. Čím větší proud je v impulsu použit, tím jasněji pixel září. Kvůli nutnosti vytváření velmi krátkých impulzů s vysokými intenzitami se s většími úhlopříčkami značně snižuje účinnost. Proto se PMOLED hodí jen pro malé displeje u MP3 přehrávačů či různé informační displeje.
Díky tomu, že OLED nepotřebuje podsvícení, mohou být AMOLED displeje až neuvěřitelně tenké
Pro větší úhlopříčky a graficky náročné uplatnění s vysokým rozlišením se hodí AMOLED displeje s aktivní maticí – jsou sice složitější, a tím i dražší, ale zase jasnější, mají rychlejší odezvu a vyšší účinnost. Každý subpixel je spínán vlastním obvodem tvořeným párem tranzistorů (jeden pro řízení nabíjení a vybíjení kondenzátoru a druhý slouží jako napěťový stabilizátor kvůli zajištění konstantní velikosti proudu). Tím se zabrání blikání bodů, které svítí během několika po sobě jdoucích cyklů. Zároveň je vyšší i průtok proudu (vyšší jas pixelu) a zkracuje se odezva. Všechny kvalitní OLED displeje v mobilních telefonech a televizorech jsou typu AMOLED.
Na typu materiálu záleží
Kromě „klasických“ OLED displejů vznikla i řada vylepšení změnou použitých materiálů. Mezi nejzajímavější patří například PHOLED neboli technologie fosforeskujících LED, která dosahuje až čtyřikrát vyšší účinnosti. Využívá principu elektrické fluorescence, při které je v ideálním případě až 100 % elektrické energie přeměněno na světlo. V porovnání s 25 až 30 % u klasických OLED a pouhých 10 % u LCD obrazovek je to velký pokrok. Hlavním uplatněním PHOLED je ale především osvětlení. Má potenciál uspořit obrovské množství energie, proto například vynaložila americká vláda 200 tisíc dolarů na vývoj této technologie pro běžné osvětlení.
Nanesením OLED struktury na pružný materiál namísto skla vznikne FOLED neboli flexibilní OLED displej. Takový najde své uplatnění nejen v různě zakřivených konstrukcích (přístrojová deska, hledí přilby, mobilní telefon), ale vyniká také svou vysokou pevností a odolností vůči nárazům.
FOLED v praxi – prototypů a designérských studií existuje hromada, ohnutý displej totiž otevírá nové možnosti mobilních zařízení
Použitím průhledných materiálů, ať už skla, nebo plastů, umožňuje vytvoření tzv. TOLED (transparentní OLED) displeje s až 80% průchodností světla. Lze přitom zvolit, zda bude obraz viditelný z jedné, nebo z obou stran. Uplatnění v praxi takovýchto displejů se teprve hledá, ale pro TOLED se přímo nabízí sklo automobilu nebo hledí přilby, kde půjde zobrazovat informace v zorném poli uživatele. Většímu rozšíření zatím brání nejen vysoká cena těchto zobrazovačů, ale také problémy s životností a stálostí barev. Organické elektroluminiscenční materiály je navíc nutno konstrukčně chránit před vlivem vnější atmosféry – především před vlhkostí, která jejich vlastnosti významně degraduje.
