Материал: 516_Mamchev, G. V. Televidenie Vysokoj Chetkosti

Эквивалентная схема ОСИД представлена на рис. 11.11. При подаче на анод положительного относительно катода напряжения возникает поток электронов, протекающий через многослойную пленочную структуру из органических полупроводников от катода к аноду. Анод, в свою очередь, забирает электроны из проводящего слоя, или отдает дырки. Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой – положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Этот процесс сопровождается испусканием электромагнитного излучения в области видимого света. Цвет свечения зависит от химического состава OLED, и, используя двумерный массив (матрицу) RGB- пикселей, можно создавать полноцветные экраны.

Технологически полноцветные OLED-дисплеи изготавливаются следующим образом. Органические полимеры превращаются с помощью растворителя в жидкость, затем наносятся на подложку любых размеров специальным струйным принтером в виде точек, то есть пикселей. Чтобы получить необходимую точность изготовления дисплея, сначала методом фотолитографии на подложке создаются микроуглубления. Затем они заливаются (печатаются) последовательно красным, синим и зеленым полимером, образуя структуру RGB субпикселей, которые объединяются в полноцветные пиксели. Данный метод позволяет получить шаг пикселей 128 мкм при размере каждого субпикселя 40 мкм. Чтобы повысить четкость печати органических светодиодов, было использовано еще одно технологическое ухищрение. Углубления на подложке покрыты гидрофильным веществом, а поверхность между ними – гидрофобным. Эти вещества соответственно притягивают или отталкивают раствор полимера, обеспечивая требуемую точность печати. Поэтому все микрокапли жидкого полимера скатываются в углубления при минимальном размазывании полимера по разделительным ребрам.

В результате подбора толщины пленок органических материалов и режимов их нанесения удалось снизить рабочие напряжения ОСИД-структуры и повысить ее энергетическую эффективность. Рабочее напряжение ОСИД всего лишь 2…10 В [77]. Величина энергетической эффективности ОСИД определяется по формуле

LS (лм/Вт),

UI

где L – яркость свечения, кд/м2; S – площадь светящейся области, м2; U – напряжение питания, В; I – величина тока, проходящего через ОСИД, А. К настоящему времени в ОСИД достигнута энергетическая эффективность, равная 1 лм/Вт.

Фактически яркость излучения ОСИД определяется величиной напряжения между электродами (рис. 11.12) и плотностью проходящего через диод тока

(рис. 11.13).

Рис. 11.12. Влияние напряжения питания на яркость излучения ОСИД

Рис. 11.13. Влияние плотности проходящего тока на яркость излучения ОСИД

Для генерации излучения разного цвета при создании пленок органических полупроводников используются разные материалы. В зависимости от применяемого органического вещества для эмиссионного слоя ОСИД могут излучать свет любого цвета, в том числе белый свет с разной цветовой температурой. В большинстве выпускаемых в настоящее время цветных OLED-дисплеев используются субпиксели трех базовых цветов аддитивной модели смешения: красного (R), зеленого (G) и синего (В) (рис. 11.14) [78]. Балансируя между светоотдачей каждого используемого органического полупроводника, производитель ОСИД устанавливает относительную цветовую температуру (CCT – Correlated Color Temperature).

На основании произведенного колориметрического расчета ОСИД были получены следующие координаты вершин цветового треугольника (табл. 11.2) [79].

Соответствующий цветовой треугольник показан на рис. 11.15, из анализа которого следует, что OLED-дисплеи обеспечивают расширенный цветовой охват даже по сравнению со стандартом NTSC.

Рис. 11.14. Типичный спектр белого свечения ОСИД:

( ), % – относительная энергия излучения

Таблица 11.2

Координаты цветности основных цветов, воспроизводимых ОСИД

Рис. 11.15. Цветовой охват OLED-дисплея в сравнении с цветовым охватом стандартом США (NTSC)

Особо следует отметить, что время от времени специалисты разных фирм экспериментируют с новыми вариантами конструкций OLED-дисплеев. Например, исследователи компании Universal Display предложили увеличить количество субпикселей до четырех (добавив к традиционно используемым красному, зеленому и синему еще и ярко-голубой) и сделать их разного размера. Как утверждают разработчики, это позволит, во-первых, сделать OLED-дисплеи более долговечными, а во-вторых, снизить количество потребляемой ими электроэнергии примерно на треть. Дело в том, что вещество, излучающее свет синего цвета, является самым недолговечным (по сравнению с веществами, излучающими свет красного и зеленого цветов) и к тому же обладает наименьшей световой эффективностью. Таким образом, наиболее критичным фактором, влияющим на продолжительность жизненного цикла OLED-дисплея с пикселями традиционной конструкции, является долговечность вещества, используемого в синих субпикселях. По мере старения дисплея в нем неизбежно исчезают синие оттенки.

В компании LG также предложили использовать четыре субпикселя. По мнению разработчиков, к традиционной триаде необходимо добавить субпиксель белого света. Как утверждают специалисты LG, это позволит увеличить срок службы дисплея до 30 тысяч часов без ущерба для его технических характеристик (яркости, контрастности).

Технологию изготовления OLED-дисплея, при которой для каждой из трех RGB-составляющих применяется собственный полимер, непосредственно излучающий свет нужного цвета, называют True-RGB. В последнее время при изготовлении OLED-дисплеев стали использовать технологию, получившую назва-

ние WOLED-CF (White OLED with Color Filter – белый органический светодиод с цветным фильтром). В данном случае используются полимерные излучатели белого света и цветные фильтры точно такие же, как и у ЖК TFT-дисплеев. Применение новой технологии в значительной степени упростило конструкцию OLED-дисплеев. При этом изображения, воспроизводимые OLED-дисплеями, по качественным показателям не уступают качеству отображения лучших моделей ЖК-телевизоров.

С конструктивной точки зрения OLED-дисплеи представляют собой активную или пассивную матрицу с n-строками и m-столбцами. В случае пассивной матрицы каждая точка дисплея (субпиксель) представляет собой диод, и для того, чтобы заставить ее светиться, ток должен подаваться на строку и столбец матрицы (рис. 11.16). Для воспроизведения цветного изображения используется интегральная матрица n m (rgb), представленная RGB-элементами. В отличие от ЖК устройств, управление пикселями в OLED-дисплеях осуществляется токовыми сигналами.

При изготовлении высококачественных полноцветных OLED-дисплеев предпочтение отдается активной схеме управления. Работа основной матрицы несколько сложнее, так как каждый субпиксель состоит из диода и тонкопленочного транзистора, который работает переключателем, контролируя количество энергии, поступающее к диоду. Управляющий сигнал подается на конкретный транзистор матрицы, благодаря чему ячейки обновляются достаточно быстро.

Рис. 11.16. Эквивалентная схема пассивной адресации OLED

Используется технология тонкопленочного транзистора TFT. Формируется массив транзисторов в виде матрицы, который накладывается на подложку прямо под органический слой дисплея. Слой TFT формируется из поликристаллического или аморфного кремния. Активноматричные органические устройства отображения получили название AMOLED (Active Matrix OLED)-дисплеев.

Благодаря безынерционности включения пикселей в AMOLED-телевизо- рах легко реализовать повышенную частоту смены кадров без получения эффекта стробирования изображений непосредственно на телевизионном экране.

Известно, что пленки напыляемых органических полупроводниковых материалов очень восприимчивы к водяному пару и кислороду, поэтому необходимо защищать OLED-дисплеи от их воздействия. Существуют два способа герметизации приборов с ОСИД-структурой – вакуумирование и заполнение инертным газом. До сих пор стеклянная подложка ОСИД являлась единственным прозрачным материалом, который защищает внутреннюю структуру ОСИД от влаги и воздуха. Однако в настоящее время ведутся работы по созданию пластмассовой подложки, обеспечивающей необходимую защиту. Такая подложка позволит изготовлять гибкие и пластичные OLED-дисплеи. Например, компания Sony продемонстрировала OLED-дисплей, изготовленный на гибкой подложке толщиной всего 20 мкм. При этом толщина самого дисплея составляет лишь 80 мкм. Благодаря использованию управляющих транзисторов, изготовленных из органических полупроводниковых материалов, этот дисплей можно сгибать и даже скручивать в рулон без ущерба для его работоспособности (минимальный радиус изгиба составляет 4 мм).

Основные достоинства OLED-дисплеев заключаются в следующем:

Высокая разрешающая способность, обусловленная возможным размером одного пикселя в пределах 0,005 мм.

Высокая скорость срабатывания, обусловленная временем переключения ОСИД за одну микросекунду, что соответствует частоте обновления изображения в 1 МГц.

Широкий диапазон отображаемых цветов. Может быть воспроизведено до 16 миллионов цветов, требуемых для воспроизведения телевизионных изображений.

Высокая яркость воспроизводимых изображений, находящаяся в пределах от нескольких десятков до 2000 кд/м2.

Высокая контрастность, необходимая для хорошего восприятия отображаемой визуальной информации при прямом солнечном освещении. Практически достижимый уровень контрастности находится в пределах от 300:1 до 5000:1.