Monitory

Konstrukcja ekranu OLED

z dnia
  Hardcore IT - logo

Sama budowa diody OLED jest wyjątkowo prosta. Wystarczy zetknąć ze sobą dwa polimery LEP – jeden, który ma cechy półprzewodnika typu p (przewodnictwo dziurowe) i drugi o cechach półprzewodnika typu n (przewodnictwo elektronowe), a następnie podłączyć taki układ do źródła napięcia.

Przewodnictwo typu n i typu p uzyskuje się poprzez odpowiednie domieszkowanie danego typu polimeru. Czym fizycznie jest domieszkowany dany polimer jest pilnie strzeżoną tajemnicą producenta, bo od tych dodatków zależy długość fali światła (kolor) emitowanej przez polimer, żywotność diody OLED oraz intensywność (jasność) świecenia. Całości konstrukcji dopełniają elektrody (anoda i katoda) naniesione na zewnętrzne warstwy połączonych ze sobą polimerów LEP typu n i typu p.

Wielowarstwowa budowa diody OLED
Wielowarstwowa budowa diody OLED

Aby uzyskać emisję fotonów w jednym kierunku, a tym samym mocniejsze światło, jedna z naniesionych na polimery elektrod wykonana jest zawsze z metalu (katoda). Warstwa ta pełni funkcję zwierciadła odbijającego światło. Druga elektroda (anoda), aby nie tłumić emitowanego przez nią światła, zrobiona jest z przezroczystego materiału. Na odbijającą światło katodę wykorzystuje się najczęściej aluminium lub wapń, przezroczysta anoda wykonana jest ze szkła przewodzącego ITO (Indium Tin Oxide). Wszystkie warstwy w procesie produkcji są po kolei nanoszone na szklane podłoże, które jest jednocześnie przednią szybą ekranu OLED. Szybę tą pokrywa się z drugiej strony warstwą antyodblaskową oraz coraz częściej łączy z warstwą odpowiedzialną za interfejs dotykowy, tworząc w ten sposób OLED-owe ekrany dotykowe (np. Super AMOLED firmy Samsung) stosowany w smartfonach.

Gwoli ścisłości, w konstrukcji nowoczesnych ekranów OLED między katodą i warstwą polimeru LEP oraz między drugim polimerem LEP a anodą stosuje się kilka dodatkowych, specjalnych warstw transportowych dla dziur i elektronów. Warstwy te składają się z różnych substancji, a ich skład jest również pilnie strzeżony. Od nich zależy bowiem równomierność świecenia diody OLED, stała barwa emitowanego światła oraz trwałość wyświetlacza.

Pasywne i aktywne wyświetlacze OLED

Obecnie matryce OLED, niezależnie od tego czy są to matryce P-OLED czy SMOLED, produkowane są w dwóch wariantach – jako matryce pasywne nazywane też matrycami PMOLED (Passive-matrix OLED) lub jako matryce aktywne AMOLED (Active Matrix OLED).

W matrycy pasywnej elementy świecące umieszczane są na skrzyżowaniu pionowych i poziomych linii sterująco-zasilających. Oznacza to, że w danej chwili można tylko doprowadzić sygnał sterujący wyłącznie do pojedynczej kolumny lub wiersza i zapalić tylko jeden piksel. Piksele muszą zatem odpowiednio długo świecić, aby obraz nie zniknął z ekranu, zanim nie powróci sygnał odświeżający.

Matryce pasywne stosowane są obecnie niemal wyłącznie w wypadku niektórych najtańszych urządzeń mobilnych, takich jak odtwarzacze MP3 czy MP4 o niewielkich przekątnych ekranu. W smartfonach, ekranach monitorowych i telewizyjnych stosuje się wyłącznie aktywne matryce AMOLED. Wynika to z faktu, że zwiększenie wymiarów i rozdzielczości matryc pasywnych wymaga użycia sygnałów sterujących o większych częstotliwościach, a co za tym idzie - większego zużycia prądu. Problemem jest też uzyskanie dla dużego ekranu wystarczająco długiego czasu świecenia pojedynczego piksela. Co gorsza, matryce PMOLED cechują się często znaczne większym zużyciem prądu niż w wypadków ekranów LCD, mniejszą jasnością i niezbyt dużą rozdzielczością. Ich zaletą jest zaś bardzo prosta konstrukcja i stosunkowo niskie koszty produkcji.

Matryca pasywna PMOLED 
Matryca pasywna PMOLED

W aktywnych wyświetlaczach AMOLED, podobnie jak w matrycach LCD, do sterowania świeceniem pojedynczych pikseli wykorzystuje się cienkowarstwowe tranzystory TFT (Thin Film Transistor). Tranzystory te są nanoszone bezpośrednio na metalową katodę i znajdują się bezpośrednio pod warstwą organicznego, święcącego polimeru – analogicznie jak w wypadku tranzystorów sterujących komórkami ciekłokrystalicznymi w matrycach LCD. Zadaniem matrycy tranzystorów TFT jest, jak można się domyślić, sterowanie intensywnością świecenia każdego subpiksela z osobna, tak długo jak jest to tylko potrzebne. Matrycą tranzystorów steruje procesor obrazowy monitora, który indywidualnie włącza lub wyłącza prąd tranzystora, wysterowując przy tym bardzo precyzyjnie jasność świecenia danego subpiksela.

Dzięki zastosowaniu technologii tranzystorów cienkowarstwowych TFT udało się w znaczący sposób zmniejszyć zużycie prądu pobieranego przez matryce OLED, nawet do dwóch razy, w stosunku do wcześniejszej generacji wyświetlaczy PMOLED. Udało się też zredukować liczbę warstw tworzących sam ekran OLED, dzięki czemu wyświetlacz jest znacznie lżejszy, cieńszy oraz może wyświetlać obraz o znacznie większej jasności i kontraście.

Matryca aktywna AMOLED
Matryca aktywna AMOLED

Ciekawostki:

Jako ciekawostkę można podać fakt, że pierwszym panelem OLED z matrycą TFT był 15-calowy monitor firmy Sanyo, skonstruowany razem z amerykańskim Kodakiem. Urządzenie to zostało zaprezentowane na targach CeBIT w 2003 roku. Monitor wyświetlał obraz w rozdzielczości 1280×720 pikseli i dysponował dużym jak na tamte czasy kontrastem 500:1 oraz jasnością ponad 500 kandeli na metr kwadratowy.