Více

Co to je OLED a čím se televizory s touto technologií liší od LCD a plazmy?

Čtenáři DigiZone.cz jistě zaregistrovali, že v posledních několika letech se stále častěji objevují informace o nových zobrazovačích OLED (Organic Light Emitting Diode). Nejde o zcela novou technologii, protože je již několik let úspěšně využívána v plochých zobrazovačích malých rozměrů některých výrobců – např. v digitálních fotoaparátech, mobilních telefonech, apod. Postupný a cílený vývoj však umožnil nasazení plochých zobrazovačů OLED i u televizorů. Větší množství prototypů těchto televizí se objevilo na letošním veletrhu CES v Las Vegas a dorazí i na český trh.

Hlavní výhody technologie OLED

U stolních televizorů se výhodné vlastnosti technologie OLED uplatní asi nejvíce. K základním výhodám a současně dosahovaným parametrům patří velký dosažitelný kontrast obrazu – 100 000 : 1 i více. OLED je primární zdroj světla, který nevyžaduje podsvícení a nemá proto, na rozdíl od LCD, problém zobrazit zcela tmavý bod. Mezi hlavní výhody technologie OLED patří:

  • malý příkon vzhledem k absenci prosvětlovacího světelného zdroje – srovnatelný nebo nižší než LCD,
  • velmi rychlá doba odezvy – řádově 1000× kratší než u současných LCD zobrazovačů,
  • velký pozorovací úhel blížící se 170 stupňů – srovnatelný s plasmovými zobrazovači,
  • velký dosažitelný jas – až 100 000 cd/m2,
  • účinnost větší než 30% (u LCD je cca 10%),
  • ke konstrukčním výhodám patří malá tloušťka panelu zobrazovače (cca 5 – 10 mm), a malá hmotnost zobrazovače.

Nevýhodou je zatím jejich poměrně vysoká cena, ve které se uplatňuje dosavadní drahý vývoj a poněkud nejasná životnost. Je však jen otázkou času, kdy se jejich cena přiblíží současným LCD a plazmovým televizorům. Jejich výroba by měla být totiž spíše jednodušší ve srovnání s těmito zobrazovači, což vysvětlím v následujících řádcích.

Víc než půl století vývoje

Historie studia elektroluminiscence organických materiálů a jejího využití začíná zhruba v polovině minulého století a v něm se také převážně odehrála. Participovala na něm řada vědců z mnoha renomovaných vědeckých pracovišť celého světa. K těm hlavním aktérům patřili např. A. Bernadose (Universita Nancy Francie, 1950), M. Pope (New York University – 60. léta), R. Partridge (Národní fyzikální laboratoř Velké Británie – 70. léta), Ching W. Tang a Steven van Slyke (laboratoře fy Eastman Kodak – 80. léta), J. Burroughes (Cavendish Laboratory Cambridge – 90. léta) a řada dalších. Od těchto výzkumů k praktické aplikaci a vývoji prvních zobrazovačů OLED, technicky i ekonomicky využitelných pro televizory, však vedla ještě dlouhá cesta. Důkazem toho je skutečnost, že ačkoliv např. firma Samsung již v roce 2005 vyvinula OLED stolní televizor, na trh se první patnáctipalcový OLED televizor firmy Sony XEL-1 dostal až v roce 2007 a zůstal na něm dosti dlouhou dobu osamocen.

OLED - stolní televizor LG

Stolní televizor OLED značky LG

V současné době se situace zřejmě výrazně mění. Renomovaní výrobci (např. LG, Samsung, Sony a další) již zřejmě technicky a především ekonomicky zvládli výrobu těchto zobrazovačů i s Full HD nativním rozlišením a velkými rozměry úhlopříček. Zdá se, že rok 2012 je významným mezníkem v nástupu zobrazovačů OLED. Neklamnou známkou toho je i skutečnost, že na jednom z nejvýznamnějších veletrhů spotřební elektroniky CES (Consumer Electronics Show) v Los Angeles (10. až 13. ledna 2012) byla vystavena řada televizorů OLED různých výrobců. Jednu z hlavních cen získal OLED televizor LG 55EM9600 Cinema 3D Smart firmy LG.

Jak funguje technologie zobrazovačů OLED

Základní princip zobrazovačů OLED – tedy řízená elektroluminiscence v organických materiálech – je poměrně jednoduchý. Nicméně technologie zobrazovačů OLED (řízených matic OLED) je již poměrně složitá. Navíc těchto systémů vzniklo během vývoje, v rámci přirozené snahy o zlepšování parametrů, celá řada a jejich vývoj vlastně stále neustále trvá. Pokusím se proto alespoň zjednodušeně objasnit základní principy zobrazovačů OLED. Při tom se nemohu vyhnout řadě zjednodušení, za něž se předem omlouvám. Detailní výklad by se zcela vymykal rozsahu tohoto článku.

OLED - princip technologie jednoho pixelu

Princip jedné buňky (obrazového bodu – pixelu) barevného zobrazovače OLED se třemi sub-pixely (R,G,B)

Na obrázku je zobrazena vícevrstvá buňka OLED. Emise světla se uskutečňuje ve vrstvě EML (Emissive Layer), která je vytvořena z organických polymerních materiálů schopných vyzářit při excitaci světlo žádané vlnové délky (barvy). Po přiložení řídicího napětí vzniká mezi anodou a katodou elektrické pole, kterým jsou k sobě přitahovány záporné elektrony z vrstvy ETL (Electron Transport Layer) a díry s kladným nábojem z vrstvy HTL (Hole Transport Layer) do vrstvy EML. V ní dochází k rekombinaci párů elektron-díra, při níž je vzniklý přebytek energie vyzářen ve formě fotonu – tedy záření, které musí spadat do oblasti viditelného světla.

Je nutno dosáhnout přibližně stejného počtu elektronů i děr, což není jednoduché vzhledem k menší pohyblivosti děr. Pro polymerní emisní vrstvu se používají deriváty PPV – např. poly p-phenylen nebo poly fluoren. Mezi emisní vrstvu a obě elektrody se navíc vkládají materiály zvyšující pohyblivost děr nebo naopak snižující pohyblivost elektronů. Problematika nábojové dotace vrstev ETL a HTL, která upravuje jejich vodivost a tvaruje průběh elektrického pole pro dosažení co nejvyšší účinnosti rekombinace a tím generace světla je však mnohem složitější téma, do kterého se v tomto textu nebudu pouštět.

Poznámka: Sub-pixely barevných zobrazovačů OLED mohou mít různou strukturu i tvar. Např. firma LG používá v jednom pixelu čtyři sub-pixely – R, G, B a W (bílý). Často se na výstupu emitovaného světla pro zkvalitnění barevného podání používají barevné filtry.

Základní struktury zobrazovačů OLED

V této části si alespoň stručně popíšeme hlavní struktury zobrazovačů OLED, které vytváří plošnou matici OLED s řízeným adresováním. Podobně jako u zobrazovačů LCD se používá aktivní nebo pasivní adresovatelné řízení sítě buněk OLED:

  • pasivní PMOLED (Passive Matrix Organic Light Emitting Diode), které jsou levnější a používají se pro jednodušší zobrazování – např. textu. Adresování a řízení jasu jednotlivých pixelů je řízeno elektrickými pulsními signály přiváděnými na systém vzájemně kolmých překřížených elektrod, jak je patrné z obrázku níže vlevo.
  • aktivní AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitting Diode). Právě ty jsou užívány v zobrazovačích OLED pro televizní aplikace. Umožňují totiž dosažení podstatně vyššího rozlišení i jasu. Aktivace a řízení jasu každého sub-pixelu se uskutečňuje systémem tenkovrstvých tranzistorů TFT (Thin Film Transistor) implementované ve struktuře zobrazovače (obrázek níže vpravo). Podobně jako u zobrazovačů LCD se i v tomto případě zobrazuje celý řádek najednou.
OLED - struktura PMOLED a AMOLED

Struktura technologie PMOLED a AMOLED (Zdroj: Automatizace.hw­.cz)

Kromě zmíněných základních struktur existuje řada vylepšených technologií OLED např.:

´
  • PHOLED (Phosphorescent OLED) – mají větší světelnou účinnost,
  • FOLED (Flexible OLED) – struktura je místo na skle umístěna na pružném materiálu (na plastické ohebné folii),
  • TOLED (Transparent OLED) – téměř průhledný displej umožňuje zobrazení na obou stranách.

Existují rovněž dvě základní formy výstupu emitovaného světla ze zobrazovače OLED:

  • dolní emise (anglicky Bottom Emission), jejíž princip je zobrazen níže vlevo
  • horní emise (anglicky Top Emission), jejíž princip je zobrazen níže vpravo

Zobrazovače OLED s dolní emisí jsou výrobně poněkud jednodušší, ale využití emitovaného světla je méně efektivní. Dochází ke snížení výstupního světelného toku (tím i snížení účinnosti) vlivem řídicí a adresovací struktury tenkovrstvých tranzistorů, kterou musí světlo procházet. Proto se jeví výhodnější a jsou také častěji využívány struktury s horní emisí. Pro úplnost je nutno ještě zmínit technologii Super Top Emission (firma Sony), která využívá tzv. Microcavity strukturu. V tomto případě jsou tloušťky emisní vrstvy EML různé pro subpixely různých barev (nejtlustší pro R, nejtenčí pro B), které se liší vlnovou délkou záření. Využívá se efektu světelné rezonance mezi dvěma elektrodami, která zvyšuje jas a čistotu jednotlivých barev.

OLED - výřez uspořádání s dolní a horní emisí

Výřez uspořádání zobrazovače OLED s dolní a horní emisí světla

Organické elektroluminis­cenční materiály je nutno konstrukčně chránit před vlivem vnější atmosféry – především před vlhkostí, která jejich vlastnosti významně degraduje. To je zajištěno těsným zakrytováním celého zobrazovače.

Závěrem

Závěr bude jen velmi stručný. Pokud čtenář vydržel až do tohoto místa, jistě pochopil, že zobrazovačům OLED patří budoucnost. Jejich vynikající parametry je předurčují pro velmi kvalitní zobrazování v televizních přijímačích i počítačích a to i pro větší úhlopříčky (jednoduché OLED zobrazovače pro malé terminály jsou již běžné). Předpokládám, že během příštích let se i na našem trhu objeví ve větším množství OLED televizory různých výrobců – nejdříve a velmi pravděpodobně jen na časově omezené období, ve vyšší cenové kategorii. To však již dobře známe z historie plazmových zobrazovačů, Full LED či LCD zobrazovačů, apod. Bude však nezbytné, aby výrobci vyjasnili jediný, dle mého soudu však kritický, parametr, a tím je předpokládaná životnost OLED televizorů.

Autor je zaměstnancem Ústavu radioelektroniky FEKT VUT v Brně

Mezititulky redakce

Anketa

Kolik peněz byste byli ochotni zaplatit za televizor OLED s úhlopříčkou do jednoho metru?

17 názorů Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 1. 2. 2012 15:42

Sledujte DigiZone.cz

Facebook Google+