Aby zrozumieć zasadę działania OLED (Organic Light Emitting Diode) należy przyjrzeć się jej poprzedniczce – diodzie elektroluminescencyjnej.
Technologia LED jest powszechnie dziś stosowana z powodu niskiego poboru energii i łatwego procesu produkcji. A wszystko zaczęło się w Związku Radzieckim. Technik radiowy Oleg Władimirowicz Łosew zauważył, że diody w ówczesnych odbiornikach radiowych emitują światło. Zainspirowany tym faktem w latach 1927-30 w szesnastu artykułach opisał ich działanie. Mimo to, nie on jest uznany za ich wynalazcę. W latach 60. znienawidzeni kapitaliści unowocześnili bowiem projekt.
Nową strukturę diody opracował amerykański inżynier i profesor Nick Holonyak Jr. wraz z zespołem korporacji General Electric. Firma spopularyzowała wynalazek, który kosztował wtedy ponad 260 USD za sztukę.
W 1968 roku, brytyjskie przedsiębiorstwo Mosanto wprowadziło produkt do masowej produkcji w cenie 1 funta, co odpowiadało dniówce przeciętnego Brytyjczyka.
Od tego czasu dioda przeszła długą drogę.
Na początku urządzenie umiało emitować światło jedynie w kolorze czerwonym.
W latach 80. nastąpił przełom w technologii, który umocnił pozycję LED. Do produkcji emiterów światła użyto poczwórnego związku galu, indu, aluminium i fosforu nazwanego w skrócie InGaAlP. Potrafił on emitować światło o kolorze czerwonym, pomarańczowym i żółtym.
Nadal problemem było jednak uzyskanie światła niebieskiego nad którym głowili się naukowcy z całego świata. Ostatecznie dokonał tego Shuji Nakamura w 1991 roku, kiedy to pracował w firmie chemicznej Nichia.
Aby dioda LED działała, a efekt tego działania był dla nas zauważalny, musimy przepuścić przez nią energię elektryczną o odpowiednim napięciu. Powoduje to reakcje w wyniku której elektrony przechodzą z wyższego poziomu energetycznego na niższy. Towarzyszy temu wydzielanie energii w postaci światła.
Dziś diody LED możemy dostrzec niemal wszędzie. To kontrolki, które informują o działaniu monitora i komputera, powiadamiają nas o stanie technicznym samochodu na desce rozdzielczej czy też podają czas na dużych zegarach elektronicznych.
Dodanie literki O
OLED opiera się na podobnej zasadzie działania. Jest to dioda elektroluminescencyjna, wytwarzana jednak nie tylko z półprzewodników, ale także z organicznych polimerów. Również tych otrzymywanych sztucznie.
Pierwszym związkiem, który wytwarzał światło pod wpływem przyłożonego napięcia był Polifenylenowinylen – polimer, który emituje światło w kolorze zielonym. Dokonano tego w 1989 roku w Laboratorium Cavendisha Uniwersytetu Cambrigde. Jeden z badaczy – Jeremy Burroughes – odkrył wówczas, że diody można wytwarzać z polimerów przewodzących (zdolnych do przewodzenia prądu).
Elektronowe wariacje
Organiczne polimery przewodzące są podstawą działania wyświetlaczy OLED.
Polimer umieszczamy pomiędzy dwoma elektrodami o różnicy potencjałów i w ten sposób uzyskujemy promieniowanie widzialne.
Podobnie, jak w LED, także i w OLED prąd może biec tylko w jednym kierunku. W kierunku przeciwnym do tego ruchu poruszają się tzw. dziury elektronowe. Ich zderzenia powodują emisje światła.
Dziury elektronowe uzyskuje się umieszczając obce jony bądź atomy do struktury półprzewodnika. Proces taki nazywamy domieszkowaniem. Jeżeli użyje się domieszki, która daje niedobór elektronów, w półprzewodniku występuje wtedy dodatkowy poziom energetyczny w paśmie walencyjnym (odpowiada za poziom energii razem z pasmem przewodnictwa), który wiąże powstałe w nim elektrony. Puste miejsca po nich nazwane są dziurami elektronowymi. Dziura taka zachowuje się, jak osobna cząsteczka i jest zdolna do przewodzenia prądu.
Aby uzyskać mocniejsze świecenie na katodę wykorzystuje się najczęściej aluminium bądź wapń, ponieważ dobrze odbijają światło. Anoda musi być przeźroczysta, dlatego szklaną płytkę spryskuje się warstwą tlenku cynowo-indowego. Jest to tak zwany Indiumtinoxid na który za pomocą druku nakładana jest warstwa polimerów – tworzą one później piksele.
Zalety i wady
Zalety i wady technologii OLED, najlepiej porównać do LCD, która jest stosunkowo nowa i coraz bardziej popularna.
W przeciwieństwie do LCD, który wymaga podświetlenia, piksele w ekranie OLED emitują światło bezpośrednio. Dzięki temu koszty eksploatacji są niższe, a jakość obrazu wyższa. Kontrast może wynosić aż 10 000 000:1 przy czym czerń jest idealnie czarna. W LCD kolor ten uzyskuje się blokując przejście światła przez analizator, co często daje efekt szarości.
Niewielki czas reakcji może wynosić nawet 0,01 milisekundy, co niweluje efekty smug i rozmycia. Dynamiczny obraz wyświetla się bez najmniejszych problemów. W przypadku LCD najczęściej jest to 2-10 milisekund (coraz częściej ta pierwsza wartość).
W porównaniu do LCD koszt produkcji OLED jest tańszy ze względu na mniejszą ilość komponentów. Pomimo tego, ekran OLED jest niezwykle wrażliwy na wilgoć. Dlatego też koszt produkcji diametralnie rośnie z powodu konieczności wykorzystania hermetycznych obudów.
Kontrowersje budzi też czas działania odbiornika, którego żywotność szacuje się na około 60 000 godzin. Biorąc pod uwagę, że u części osób telewizor używany jest w formie tła dla innych czynności, nie jest to wcale dużo. W 2007 roku wyprodukowano jednak PLED, czyli ulepszony OLED, które może działać nawet 198 000 godzin.
Dzięki temu, że materiał organiczny pełni równocześnie rolę pikseli, może być naniesiony na lekką i giętką powierzchnie. Rokuje to dobrze na przyszłość. W przyszłości będzie możliwe wyprodukowanie np. wyświetlacza komórki wszytego w rękaw koszuli.
Coraz cieniej, coraz drożej
Firmy, które produkują sprzęt elektroniczny wiedzą, że OLED jest technologią przyszłości. Oferuje dużo lepszą jakość obrazu niż LCD, niewielki czas reakcji i większą energooszczędność.
Prekursorem w wykorzystaniu OLED jest firma Sony.
Pierwszym produktem w którym użyto tę technologię był palmtop CLIE PEG-VZ90 o przekątnej 3,8″.
W październiku firma pokazała telewizor XEL-1 o przekątnej 11″ i rozdzielczości 960 × 540. Ma tylko 3 mm grubości i waży 2 kg. Mimo to, cena 5000 zł potrafi skutecznie odstraszyć potencjalnych nabywców.
Obecnie technologię OLED rozwija wiele firm jak np. Panasonic, LG czy Samsung.
Ten drugi zapowiedział, że w sierpniu tego roku na półki sklepowe wylądują pierwsze 15″ telewizory 15EL9500 sygnowane ich logo. Oferują kontrast 10 000 000:1, czas reakcji na poziomie 0,01 milisekundy i rozdzielczość 1366 x 768. Równie powalająca, co parametry jest cena, która będzie wynosić ok. 8000 zł.
Samsung natomiast jako jedna z pierwszych firm zapowiedział premierę dużego 40″ telewizora OLED. Co ciekawe, technologia produkcji będzie podobna do tej, którą wykorzystuje się w przypadku telewizorów LCD. Według specjalistów pozwoli to na minimalne obniżenie ceny.
Urządzenie będzie zaprezentowane podczas wystawy Society for Information Display, która odbędzie się w dniach 24 – 27 maja w Bostonie.
Zagrożeniem dla technologii OLED może być dalszy rozwój LCD, technologii laserowej czy TMOS (Time multiplexed optical shutter). Dwie ostatnie są jednak w mocnej fazie testowej i minie jeszcze parę lat nim na dobre ktoś wykorzysta ich możliwości.
