Przezroczyste OLED-y

Poniedziałek, 12 września 2016 | Technika

Jedną z rynkowych nowinek w zakresie wyświetlaczy OLED są przezroczyste wyświetlacze OLED, zwane TOLED. Pierwszy prototyp urządzenia o wysokiej przezroczystości został wyprodukowany z sukcesem w 2015 roku.

Rys. 1. Struktura klasycznego, zbudowanego na bazie szkła wyświetlacza AMOLED

Schematyczny przekrój typowego wyświetlacza TOLED jest pokazany na rysunku 1. TOLED umożliwia emitowanemu światłu przenikanie w obu kierunkach przez przezroczyste lub półprzezroczyste anody i katody. W obszarze aktywnym wyświetlacza całkowita przepuszczalność światła jest wypadkową przepuszczalności każdej warstwy, w tym podłoża, anod, warstw organicznych, katod, pokrywy szklanej i innych materiałów.

Jedynym sposobem jej zwiększenia jest poprawienie przepuszczalności światła każdego materiału, w szczególności anod i katod. W tabeli pokazano przykłady przezroczystej elektrody zamontowanej w przykładowych urządzeniach TOLED.

Niska oporność elektryczna, mała absorpcja optyczna oraz mała chropowatość powierzchni są zawsze warunkami zasadniczymi przezroczystych elektrod. Obecna technologia związana z anodami bazuje w większości na próżniowym procesie przygotowania przezroczystego przewodzącego tlenku (TCO) takiego, jak tlenek indu cyny (ITO) i tlenek indu cynku (IZO).

Rys. 2. Schematyczny przekrój pokazujący strukturę wyświetlacza TOLED

Przezroczyste katody są zazwyczaj złożone z cienkich metali, TCO czy innych materiałów, jak LiF (fluorek litu) czy Ca (wapń). Są one zazwyczaj wstawiane pomiędzy warstwę organiczną oraz katodę tak, aby umożliwić łatwy przepływ elektronów. Dla katod z grupy metali zostało zaproponowanych kilka półprzezroczystych metali takich, jak LiF/Ag, Ba/Ag, Ca/Ag, Yb/Ag, Sr/Ag, Ca/Mg oraz LiF/Al/Ag.

Struktura LiF/Al/Ag jest najbardziej popularnym typem katody z grupy metali stosowanej w wyświetlaczach TOLED z racji wysokiej przezroczystości oraz niskiej oporności. Katoda typu TCO może osiągnąć wyższą przepuszczalność światła i niższą oporność niż katoda z grupy metali. Jednakże proces napylania może spowodować szkody wywołane promieniowaniem wymierzonym w stos warstw organicznych podczas zginania.

Cechy specjalne wyświetlaczy TOLED

Rys. 3. Ewolucja paneli TOLED firmy Winstar

Firma Winstar od dawna zajmowała się technologią TOLED. W roku 2010 rozpoczęto wstępne badania, zaś w roku 2013 z sukcesem wyprodukowano pierwszą generację TOLED-ów z pojedynczą katodą z cienkiego aluminium.

Współczynnik przepuszczalności światła wynosił w ich przypadku 40%. Druga generacja TOLED-ów z katodami składającymi się z wielu metali pojawiła się w 2014 roku i miała przepuszczalność światła 50%.

W trzeciej generacji TOLED-ów z 2015 roku producent zoptymalizował strukturę i materiał, z którego zbudowana jest katoda, osiągnięto przepuszczalność światła na poziomie ponad 60%.

Tabela. Najbardziej popularne materiały dla anod i katod stosowane w wyświetlaczach TOLED

Rysunek 4a prezentuje żółte moduły TOLED firmy Winstar z widoczną wysoką przezroczystością rzędu 63% w zakresie 400-800 nm. Szacowany czas spadku jasności do 50% (T50) to ponad 5000 godzin.

Obliczono go na podstawie metody "czynnika przyspieszenia". Jeżeli grubość katody zostanie zwiększona, okres trwałości może być w przyszłości wydłużany, jednakże w takim przypadku współczynnik przezroczystości ulegnie pomniejszeniu.

Firma Winstar niedawno rozpoczęła prace nad niektórymi wdrożeniami wykorzystującymi niski współczynnik przezroczystości (T < 50%), koncentrując się na teleskopach i zegarach elektycznych.

Osiągnięcie wysokiego współczynnika przezroczystości (T > 50%, z katodą TCO) oraz długiego okresu trwałości przezroczystego panelu jest spodziewane wraz z uruchomieniem drugiej linii produkcyjnej mniej więcej w pierwszym kwartale 2017 r.

Technologia OLED

OLED jest to dioda LED, w której elektroluminescencyjne warstwy emitujące są wykonane z organicznych związków umieszczonych pomiędzy dwiema elektrodami. Zazwyczaj przynajmniej jedna z tych elektrod jest przezroczysta. Istnieją dwa typy wyświetlaczy OLED - PMOLED oraz OLED z aktywną matrycą, czyli AMOLED.

Żeby włączyć każdy pojedynczy piksel, AMOLED potrzebuje podłoża z tranzystorami, podobnego do tego wykorzystywanego w wyświetlaczu TFT. Z drugiej strony, wyświetlacz PMOLED używa tylko prostego schematu sterowania, dzięki któremu kontroluje po kolei każdy rząd lub linię w wyświetlaczu.

W porównaniu do LCD, OLED ma wiele przewag, np. sam jest źródłem światła, nie potrzebuje podświetlenia, ma szersze kąty widzenia, jest lżejszy, cieńszy, posiada wyższy kontrast i szerszy zakres temperatur operacyjnych. Charakteryzuje się również odpornością na wstrząsy, względnie prostą technologią wytwarzania oraz może posłużyć do stworzenia przezroczystych lub elastycznych wyświetlaczy.

Inwestycja w przyszłość

Rys. 4. Fotografia (a) i wykres współczynnika przezroczystości (b) spektroskopu w wyświetlaczach TOLED

W ciągu ostatnich kilku miesięcy firma Winstar z sukcesem rozwinęła prototypowe technologie modułów TOLED. Celem prowadzonych badań jest przystosowanie tych wyświetlaczy do masowej produkcji. Całość prac jest nadal w fazie produkcji testowej z widokami na produkcję na szerszą skalę w najbliższej przyszłości.

OLED-y dopiero zaczynają podbijać rynek wyświetlaczy, ale dzięki wielu zaletom i przewadze nad wyświetlaczami LCD istnieje duże prawdopodobieństwo odniesienia sukcesu. Przezroczyste wyświetlacze OLED z racji swojego potencjału technologicznego i możliwości zastosowania, np. w przemyśle motoryzacyjnym jako wyświetlacz wskaźnika HUD, stają się niezwykle interesującym produktem na rynku.

Yu-Pin Liao prezes Winstar,
dr Pei-Hsun Yeh wiceprezes Winstar
i dr Bing-Rui Wu, senior research engineer
Unisystem
www.unisystem.pl