Wyświetlacze OLED bez tajemnic – Przewodnik po technologii OLED

Skrót „OLED” może kojarzyć się z wystawianymi w sklepach z elektroniką telewizorami, które potocznie określane są mianem „OLED-ów”. Ten termin pochodzi od określenia „organiczne diody elektroluminescencyjne” (ang. organic light-emmiting diode), bez których nie miałby racji bytu żaden telewizor (a mówiąc ogólniej – wyświetlacz) OLED-owy. W tym artykule przybliżamy „OLED-y”, czyli jedną z najmłodszych dostępnych na rynku technologii umożliwiających wizualizację informacji.

Piksel (ang. pixel) to najmniejszy element obrazu, którym można sterować na wyświetlaczu. W rozdzielczości definiowana jest liczba pikseli w poziomie i pionie, które tworzą dany model wyświetlacza OLED. Łączną liczbę pikseli można ustalić mnożąc te wartości. Przykład: w 0.96-calowym modelu WEA012864D o rozdzielczości 128×64 px jest 128 pikseli w poziomie i 64 piksele w pionie, czyli łącznie 8 192 pikseli.

W OLED-ach piksele składają się z co najmniej jednej diody. Wyświetlacze OLED można podzielić na dwie grupy pod względem liczby diod (a co za tym idzie – liczby uzyskiwanych barw):

– monochromatyczne wyświetlacze OLED – w tych rozwiązaniach piksel tworzy tylko jedna dioda w kolorze, np. białym, żółtym, czerwonym, zielonym czy niebieskim. Dostępne są również rozwiązania łączące te barwy, np. w postaci pasów w określonych kolorach jak w modelu WEO012864MXPP3N00001.

– kolorowe wyświetlacze OLED – w tych rozwiązaniach piksele składają się z trzech subpikseli, czyli diod w trzech kolorach – czerwonym, zielonym i niebieskim (R, G i B, czyli modelu RGB). W wyniku ich „mieszania” powstają różne odcienie barw. Tego rodzaju matryce określane są mianem RGB OLED.

Jak działa OLED?

Wyświetlacze OLED składają się z kilku warstw, które zaprezentowano na poniższym schemacie (na przykładzie matrycy RGB OLED):

Przyłożenie napięcia do elektrod powoduje przemieszczanie się elektronów i dziur – są one „podawane” przez katodę (elektrony) i anodę (dziury). Spotykają się przy warstwie emisyjnej, gdzie zachodzi ich rekombinacja, czemu towarzyszy emisja promieniowania elektromagnetycznego w zakresie widma widzialnego (innymi słowy – świecenie w różnych kolorach).

Historia OLED-ów

Można powiedzieć, że historia OLED-ów sięga lat 50-tych XX w., gdy zespół André Bernanose’a po raz pierwszy zaobserwował zjawisko elektroluminescencji w badanym związku organicznym, tj. oranżu akrydynowym, który zaczął świecić po przyłożeniu napięcia. W następnych latach odnotowywano zjawisko elektroluminescencji w kolejnych związkach organicznych – zajmował się tym m.in. Roger Partridge, który rozświetlił folię polimerową umieszczoną pomiędzy dwiema elektrodami metalicznymi. Przełom lat 80- i 90-tych XX w. to okres powstawania pierwszych mniej lub bardziej sprawnych prototypów wyświetlaczy OLED. Znaczący wkład w rozwój technologii OLED mieli Ching Wan Tang i Steven Van Slyke, pracownicy firmy Eastman Kodak, również twórcy prototypowego wyświetlacza OLED.

„Zielonym światłem” dla dalszego rozwoju technologii OLED okazał się badany w 1989 r. przez Jeremiego Burroughesa polifenylowinylen, który emitował zielone światło po przyłożeniu napięcia. Potrzebowano jednak jeszcze kilku lat, aby opracować diody OLED, które gwarantowałyby wystarczającą efektywność świecenia (i z powodzeniem mogłyby znajdować zastosowanie w wyświetlaczach OLED).

Warto wspomnieć jeszcze jedną datę – 2000 r., czyli powstanie pierwszych fabryk produkujących wyświetlacze OLED.

Rodzaje wyświetlaczy OLED

Na rynku dostępnych jest kilka rodzajów matryc OLED-owych. Można spotkać się, np. z określeniami AMOLED (Active-matrix OLED) i PMOLED (Passive-matrix OLED), które odnoszą się do sposobu manipulowania matrycą – może być aktywny (AMOLED, sterowanie pojedynczymi pikselami) lub pasywny (PMOLED, sterowanie sekwencjami pikseli), co przekłada się na częstotliwość odświeżania, a w efekcie na czas reakcji matrycy.

Wartymi uwagi są również RGBW OLED (można również spotkać się z nazwą WOLED, czyli White OLED), będące wariacją wspomnianego RGB OLED. W tych matrycach każdy piksel tworzą cztery subpiksele – poza standardowymi kolorami, czyli czerwonym, zielonym i niebieskim, występuje jeszcze jeden dodatkowy, tj. biały. Ta modyfikacja zauważalnie poprawia jakość odwzorowania barw, co sprawia, że WOLED-y są często stosowane w telewizorach.

Innym ciekawym rozwiązaniem jest m.in. TOLED, czyli Transparent OLED – przezroczyste wyświetlacze OLED. Ich transparentność uzyskiwana jest poprzez zastosowanie przezroczystych elektrod, które umożliwiają emitowanie światła po obu stronach wyświetlacza – od przodu, jak i tyłu. Takie wyświetlacze OLED-owe należą do kategorii HUD (Head-Up Display), czyli rozwiązań przeziernych, które znajdują zastosowanie w aplikacjach wymagających dostępu do informacji bez konieczności odrywania wzroku od widoku, np. transporcie (m.in. samolotach).

Zalety i wady technologii OLED

Obrazy prezentowane na wyświetlaczach OLED są doskonale czytelne za sprawą wyśrubowania takich parametrów jak jasność i kontrast czy kąty obserwacji. W tej technologii nie korzysta się z podświetlania, co znacząco wpływa na wymiary i wagę modułów OLED-owych. Nie można jednak powiedzieć, że brak podświetlenia czyni je rozwiązaniami w pełni energooszczędnymi – zauważalny jest zróżnicowany pobór prądu w zależności od kolorystyki wyświetlanych treści, który maleje przy ciemnych, ale rośnie przy jasnych obrazach. Ponadto, wyświetlacze OLED wyróżniają się również błyskawicznym czasem reakcji – poniżej 10 µs w temperaturze 25°C, co pozwala na płynne odtwarzanie animacji powyżej stu klatek na sekundę.

Często podkreślaną niedoskonałością wyświetlaczy OLED jest ograniczona żywotność materiałów organicznych, z których wytwarzane są diody. (Co ciekawe, ich czas życia zależy od… koloru.) W urządzeniach, od których oczekuje się wieloletniego funkcjonowania, a w których wymagane są wyświetlacze nieprzekraczające 5.0-cali, można z powodzeniem zastosować wyświetlacze OLED świecące tylko w jednym kolorze, np. zielonym (przykładem może być model WEG010016AGPP5N00000 od Winstara, którego żywotność szacowana jest na 100 000 godzin). Nieprzerwanie trwają prace nad wydłużaniem żywotności wyświetlaczy OLED-owych, co wydaje się być kluczowym czynnikiem dla upowszechniania tej technologii, np. w telewizorach. Obecnie niektórzy producenci deklarują, że czas życia dla dostarczanych przez nich telewizorów to co najmniej 100 000 godzin (co przekłada się na ok. 11,5 roku – przy stosowaniu w trybie ciągłym, 24/7). 

Niestety, materiały organiczne tworzące wyświetlacze OLED są podatne na czynniki środowiskowe, w tym przede wszystkim wilgoć – nawet drobne uszkodzenie (i przenikająca przez nie wilgoć) może doprowadzić do nieodwracalnego uszkodzenia matrycy. W związku z tym rekomendowane jest zabezpieczanie powierzchni wyświetlaczy OLED poprzez nakładanie na nie szkła hartowanego – to dodatkowa usługa, która może być zrealizowana w Unisystemie (skontaktuj się z nami, aby otrzymać ofertę).

Jaki OLED do…? Zastosowanie wyświetlaczy OLED

W ofercie Unisystemu znajduje się cała gama monochromatycznych graficznych i znakowych wyświetlaczy OLED o szerokim zakresie przekątnych – od ok. 0.5- do 5.85-cali, których głównym dostawcą jest Winstar. Dostępne są w trzech wariantach strukturalnych – COG (Chip-On-Glass, z kontrolerem na szkle), COB (Chip-On-Board, z kontrolerem na płytce PCB) i COF (Chip-On-Film, z kontrolerem na taśmie).

Niewykluczone, że z wyświetlaczami OLED stykasz się na co dzień – to właśnie one coraz częściej stosowane są w rożnego rodzaju urządzeniach ubieranych, np. smartwatchach. (Co więcej, nic nie stoi na przeszkodzie, aby korzystać z nich również w urządzeniach ubieralnych stosowanych w medycynie służących do pomiaru czynności życiowych pacjentów.) Dodatkowym atutem OLED-ów w przypadku zasilanych bateryjnie urządzeń ubieralnych staje się również brak podświetlenia, który ogranicza pobór prądu przez matrycę (jest to jednak warunkowane wyglądem interfejsu – jak wspominaliśmy ilość pobieranej energii maleje przy ciemnych, ale rośnie przy jasnych obrazach). W tego typu aplikacjach najchętniej skorzystamy z rozwiązań graficznych, jak np. 0.66-calowych WEO006448A, 0.96-calowych WEO012864D czy 1.28-calowych WEO012864L; wartymi uwagi są również okrągłe OLED-y, tj. 1.18-calowe WEO128128B.
Wyświetlacze OLED doskonale sprawdzą się również w przemyśle, np. jako ekrany w przenośnych urządzeniach pomiarowych. W tym przypadku kluczowym parametrem będzie temperatura pracy, która w przypadku produktów od Winstara mieści się w przedziale od -40° do 80°C. Jest gwarancją sprawnego funkcjonowania OLED-ów zarówno w niskich, jak i wysokich temperaturach (co pozwala na ich szerokie zastosowanie w aplikacjach indoorowych i outdoorowych). Tutaj walory estetyczne nie są kluczowe, więc wystarczające mogą okazać się rozwiązania znakowe, jak np. 2.88-calowe WEH002004B, 2.89-calowe WEO002004C czy 3.67-calowe WEH001602H.

Coraz częściej wyświetlacze OLED wykorzystywane są również w urządzeniach, z których korzystamy w przestrzeni domowej i biurowej, np. w sprzętach RTV (m.in. odtwarzaczach audio/video, amplitunerach czy equalizerach) i AGD (m.in. mikrofalówkach, ekspresach, stacjach pogody), a także innych elektronicznych akcesoriach, np. komputerowych (takich jak drukarki czy skanery). W tych rozwiązaniach mogą sprawdzić się rozwiązania panoramiczne, jak np. graficzne 0.84-calowe WEO009616A, 2.59-calowe WEG010016F czy 4.90-calowe WEG020016A lub znakowe 1.23-calowe WEO001602B, 2.29-calowe WEH001602D czy 3.67-calowe WEH004002A. Jeśli potrzebny jest model o standardowych proporcjach, warto rozważyć użycie np. 0.96-calowego WEA012864D.
Można wyliczać kolejne obszary, w których z powodzeniem wykorzystuje się technologię OLED – co najmniej kilka przykładów zastosowania OLED-ów można wskazać, np. w retailu, zwłaszcza w centrach handlowych – są montowane m.in. jako dodatkowe ekrany w kioskach, w których uiszczamy opłaty, np. kasach samoobsługowych, biletomatach czy parkomatach.

W naszym sklepie dostępnych jest niemal 200 wariantów wyświetlaczy OLED. Skontaktuj się z nami, jeśli nie ma wśród nich modelu, którego poszukujesz – wspólnie na pewno znajdziemy rozwiązanie, które doskonale sprawdzi się w projektowanym urządzeniu.