пнвтсрчтптсбвс
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031    
       

Реклама


  Технологии/Полигон

OLE-OLE-OLE-OLED

Технология OLED

Технология OLED 17.09.2009
10:45
Юрий Ревич

 

Давно подмечено, что в области OLED никакие оптимистичные прогнозы не оправдываются. Одновременно с выпуском XEL-1 в декабре 2007 года корпорация Samsung пообещала к концу 2008 года наладить серийный выпуск 14-дюймовых панелей, но даже сейчас об этом не слышно. А прототипы больших OLED-дисплеев с диагональю аж до 40 дюймов та же Samsung демонстрировала журналистам еще в 2005 году, но воз и ныне там. Toshiba же собиралась представить свой первый OLED-телевизор в 2009 году, однако позже перенесла срок на 2011 год. И дело не только в себестоимости производства, но и в технологических проблемах, не решенных по сию пору.

 

Технология OLEDПроблемы эти возникают на двух уровнях: в технологии изготовления органических светодиодов (Organic Light-Emmitting Diode, OLED) и в разработке на их основе реальных экранов. Чтобы разобраться в камнях преткновения, надо, прежде всего, понять: а что, собственно, OLED-технология нам обещает?

 

В начале 1990-х в журнале Elecronics была опубликована статья про освоение промышленного выпуска долгожданных синих светодиодов. Сделала это в 1993 году японская компания Nichia благодаря своему сотруднику Судзи Накамуре. Долгожданными они были потому, что красные, зеленые и желтые к тому времени уже выпускались в промышленных масштабах, а коротковолновая часть видимого спектра никак не поддавалась. Тогда казалось, что еще немного - и мы увидим светодиодные телевизоры с прекрасной цветопередачей и плоские (напомним, что тогда ни о каких ЖК-панелях соответствующих размеров, тем более полноцветных, еще и речи не шло). Потому что светодиод - идеальный компонент для построения цветовой триады пикселей, абсолютно черный в выключенном состоянии, могущий обеспечить большую яркость во включенном состоянии и к тому же обладающий чистой спектральной характеристикой, далеко обгоняющей по насыщенности оттенка любые фильтры.

 

Но действительность оказалась куда прозаичнее. Во-первых, обычные светодиоды невозможно вырастить на единой подложке, хотя бы потому, что для разных цветов используются разные химические соединения. Во-вторых, даже если удастся их как-то объединить в матрицу, управлять ею будет очень трудно из-за того, что твердотельные светодиоды требуют довольно больших токов, в несколько миллиампер на каждый Технология OLEDсубпиксель, отчего даже небольшая матрица такого рода будет потреблять десятки и сотни ватт. Недаром в технологиях больших экранов для общественных мест предпочитают использовать капризную, но более простую в производстве и требующую относительно небольших токов плазму.

 

Выход нашелся в электролюминесценции в органических материалах, на основе которых сотрудники фирмы Kodak Чин Тенг и Стив Ван Слайк в 1987 году разработали первую разновидность OLED-технологии. Схематически устройство цветовой триады пикселов в OLED-дисплее показано на рисунке слева. Пропуская ток между катодом и анодом, мы заставляем светодиод излучать, причем достаточное для свечения напряжение составляет всего 2,5 В, а при 4 вольтах яркость OLED достигает 1000 кд/м2 (что раза в два-три больше, чем у «обычного монитора»). Правда, для этого требуются довольно мощные токовые усилители-драйверы для каждого пикселя, ибо необходимый ток составляет до полумиллиампера.

 

При большом желании от OLED-ячейки можно получить яркость и в 100 тысяч кд/м2, то есть проблем с динамическим диапазоном теоретически здесь нет, но на практике, конечно, все упирается в потребление и в допустимую подводимую мощность - это не только токовые драйверы, ведь катоды Технология OLEDделаются напылением из тонкой пленки алюминия с добавками щелочных металлов, а аноды - вообще из прозрачных проводящих материалов (типа оксидов индий-олово), и их высокое сопротивление тоже ограничивает величину допустимого тока. То есть потенциальные преимущества OLED-дисплеев, в первую очередь высокую контрастность, реализовать непросто, и дальше мы увидим, к каким ухищрениям приходится прибегать разработчикам.

 

Единственное преимущество OLED, заработавшее с самого начала: быстродействие ячеек, которое уже в первых лабораторных образцах достигало микросекунды. Правда, схемы управления снижают быстродействие до 10–100 мкс, но это все равно на порядок лучше, чем у самых быстродействующих ЖК-ячеек.

 

Профессор Ричард Френд вместе с группой химиков лаборатории Кембриджского университета в 1989 году разработал еще один вариант этой - Polymer Organicтехнологии под названием PLED (точнее, POLED). Здесь вместо простых органических соединений используются полимеры. Будучи более простой в производстве, PLED обладает меньшей эффективностью светоизлучения и худшими спектральными характеристиками, а долговечность ячеек у нее ниже, чем у «обычной» OLED.

 

Долговечность и представляет собой первую и одну из основных трудностей для разработчиков. Органика есть органика - она медленно, но неотвратимо деградирует, взаимодействуя с кислородом воздуха, водяными парами и компаундами, которые употребляются для герметизации. Технология OLEDНаименьшей долговечностью отличаются синие субпикселы - считается, что их срок службы не превышает в среднем 10 тысяч часов, что приемлемо для мобильных телефонов, но недостаточно для ноутбуков и телевизоров.

 

Другая проблема - цветопередача. Это только в теории светодиоды обладают идеальными спектральными характеристиками, на самом же деле обеспечение нужной цветовой характеристики требует введения в органический материал добавок, которые лишь ухудшают стабильность. Поэтому многие разработчики склоняются к знакомой схеме: собственно матрица составляется из светодиодов белого свечения (для них достигнута долговечность порядка 20 тысяч часов), а цвета формируются обычными фильтрами. В пределе разница между ЖК-мониторами со светодиодной подсветкой и такими OLED-дисплеями, как видите, только в способе управления яркостью: в ЖК регулируют прозрачность фильтра, а OLED - яркость подсветки (что и в ЖК с динамической подсветкой широко используется). И еще неизвестно, что выгоднее, так как ЖК-ячейка управляется не током, а напряжением и в принципе требует энергию лишь для перезаряда соответствующей емкости (отчего, кстати, и быстродействие ее ниже). Поэтому для управления яркостью ЖК-ячейки (без учета, конечно, управления динамической LED-подсветкой, если она используется) не требуется манипулировать значительными токами.

 

А в OLED управление субпикселами, как мы говорили, требует достаточно мощных токовых драйверов. Можно привести такую цифру: для поддержки всего-навсего 128 пикселей в строке нагрузочная способность формирователя строк должна достигать почти 50 мА (при напряжении питания формирователя около 5 В); Технология OLEDможете подсчитать, какую единовременную мощность потребует нормальная матрица для того же телевизора. Для преодоления этих ограничений придумали довольно сложный мультистрочный способ управления матрицей, когда в каждый момент времени горит только одна строка либо некий прямоугольный фрагмент экрана (и притом частично - полное многоцветное изображение «проявляется» за несколько циклов работы). При этом уровни токов для каждого пикселя, возможно, придется настраивать индивидуально, чтобы обеспечить равномерную яркость по всей площади экрана, а потом - по мере старения ячеек - еще и подстраивать дополнительно, поэтому строковые драйверы обычно делаются программируемыми (что еще больше усложняет конструкцию, а значит, и производство).

 

В обычной пассивной OLED-матрице, представляющей собой массив ячеек между перпендикулярными сетками анодов и катодов, используется знакомая по плазме схема управления яркостью через скважность, то есть через регулировку времени, в течение которого ячейка «горит» за один цикл работы. В практических конструкциях таким способом было трудно обеспечить достаточный динамический диапазон - мешает инерционность линий управления, для преодоления которой приходится вводить Технология OLEDспециальный этап «предзаряда», то есть быстрого доведения напряжения на ячейке до необходимой величины через заранее запасенную на конденсаторе энергию. Пассивные OLED-матрицы обычно отображают 262 тысяч цветов, а применяющиеся в реальных устройствах - еще меньше.

 

Для создания нормальных многоцветных экранов пришлось, увы, поступиться принципами и объединить органический материал с обыкновенной матрицей тонкопленочных транзисторов (TFT) на основе поликремния, хорошо знакомой по ЖК-мониторам. А соединение органики с кремнием только удорожает производство. Правда, такой AMOLED-дисплей (Active Matrix OLED) имеет все преимущества, приписываемые OLED в сравнении с ЖК - и лучшую цветопередачу, и повышенную яркость-контрастность, и высокое быстродействие, сравнимое с быстродействием ЭЛТ, и минимальную толщину, и даже, как ни странно, более низкое энергопотребление. Но практические достижения этой технологии в ее современном состоянии мы уже видели: экраны 2,2” для мобильников - да, телевизоры и мониторы мы пока встречаем, увы, только на выставках.

 

Одним из перспективных направлений считается разработка транзисторов на основе органических материалов. Это позволило бы изготавливать OLED с активной матрицей в едином технологическом процессе, но пока мешает как минимум одно обстоятельство: из-за малой подвижности носителей заряда в органических полупроводниках быстродействие схем на их основе слишком мало. Если бы кому-нибудь удалось создать быстрый транзистор на органике, это сильно ускорило бы вывод OLED-технологий из ступора, но Технология OLEDпока все подобные разработки существуют лишь в виде пресс-релизов исследовательских лабораторий.

 

Лично мне представляется весьма перспективным совсем иное применение OLED-технологий - для производства источников света. Не исключено, что мы их увидим у себя дома даже раньше OLED-телевизоров. OLED сравнимы по светоотдаче на каждый затраченный ватт с люминесцентными лампами, но лишены их недостатков, таких как сложные схемы управления, большое время «разгона» при включении, ограниченное число оттенков, потребность в хрупких вакуумных колбах, да еще и наполненных всякими вредными парами типа ртутных.

 

Разработчикам, конечно, еще пахать и пахать. Срок службы в 30 тысяч часов для белых плоских светильников, достигнутый в лабораториях Osram, хоть и превышает срок службы люминесцентных ламп (6–20 тысяч часов, в зависимости режима использования), но не позволяет использовать потенциал технологии полностью. Ведь OLED, как мы знаем, можно наносить методом печати, то есть на любую плоскую поверхность (потолки, обои и пр.), при этом оттенок можно выбирать по собственному желанию. Но светящиеся обои потребуют сроков службы порядка десятилетий (30 тысяч часов - это чуть больше трех лет), да и о регулировании оттенков еще только мечтают. Впрочем, вполне возможно, что «строительное» применение OLED окажется даже более значимым, чем для дисплеев. Про светящиеся стены в фантастических романах читали? Вот это оно и есть.

 



<< Предыдущая В начало рубрики Следующая >>



Конкурсы

Реклама