Основные направления развития OLED-технологии

 

На сегодняшний день технология продолжает развиваться в двух основных направлениях: так называемые «маленькие молекулы» (SM-OLED) и «полимеры» (PLED).

Первая технология была разработана компанией Eastman-Kodak, и обычно в научно-технических материалах ее упоминают, как «small molecule» OLED (SM-OLED). На сегодняшний день, промышленное производство таких OLED-панелей обходится довольно дорого.

Вторая технология разработана Cambridge Display Technologies (CDT) и изначально называлась Light-Emitting Polymer (LEP). Однако устройства с использованием данной разработки больше известны под названием Polymer Light Emitting Diodes (PLED). Долгое время эта технология значительно отставала в развитии от SM-OLED как по качеству отображения информации, так и сроку жизни. Но отдельного внимания заслуживает способ производства этих панелей – он основан на принципах струйной печати. Да и в последние годы ситуация с техническими характеристиками изготовляемых подобным образом панелей меняется в лучшую сторону.

Недавно появился третий вариант OLED-технологии – гибрид первых двух. Суть проста – используются непроводящие полимеры, покрытые тонким слоем светоизлучающих проводящих молекул. Полимер в данном случае используется из-за его механических свойств, а слой из «маленьких молекул» имеет ту же самую долговечность, что и в SM-OLED варианте.

В основе работы OLED – принцип электролюминесценции. Говоря простыми словами, используется возможность некоторых органических соединений излучать свет под воздействием электрического тока. Каждая OLED-ячейка выполнена на основе нескольких тонких органических пленок, которые в свою очередь находятся между двумя тонкопленочными проводниками. При этом рабочее напряжение составляет примерно от 3 до 16 В.

Условно говоря, подложку можно представить в качестве поверхности, на которой расположено большое количество излучающих свет ячеек. Если вспомнить при этом об основных направлениях развития OLED-технологии, то сразу же становится ясным, что OLED обладает значительной гибкостью в формировании структуры дисплея.

Большая часть основных технических параметров зависит от органических материалов, которые используются при изготовлении дисплея по OLED-технологии. По крайней мере, цветопередача и интенсивность излучения напрямую зависят именно от этого.

Существует три основных достоинства OLED, о которых не забывает упомянуть ни одна из компаний, занимающихся продвижением этой технологии в массовое производство. Это быстрый отклик матрицы (около 10 мс), довольно широкий угол обзора и большой диапазон рабочих температур. Последний параметр оказывает заметное влияние на сферу возможного применения OLED-дисплеев, теоретически их можно устанавливать в неотапливаемых помещениях. Устройства, выполненные на основе OLED, хорошо справляются со своими функциями при температурах от –40 до +70°C.

LEP-технология

 

Иная альтернатива развития мониторов, не связанная с существующими наработками, - технология изготовления и использования дисплеев на основе так называемых светоизлучающих пластиков. Светоизлучающие пластики (Light Emission Plastics) - сложные полимеры с рядом интересных свойств. Вообще-то, использование пластических полимерных материалов в качестве полупроводников началось уже довольно давно, и встретить их можно в самых различных отраслях техники, в том числе и в бытовой электронике, включая персональные компьютеры. Однако некоторые представители этого семейства обладали и довольно необычным свойством - способностью эмитировать фотоны под воздействием электрического тока, то есть светиться. Поначалу КПД полимерных светильников был крайне низким, и соотношение излучаемого света к затраченному потоку электронов измерялось долями процента. Но в последнее время компания Cambridge Display Technology существенно продвинулась в разработке светоизлучающего пластика и повысила эффективность этих материалов в сотни раз. Сейчас с уверенностью можно сказать, что LEP сравнились по своей функциональности с привычными светодиодами. Поэтому на повестку дня стал вопрос об их практическом применении. LEP необычайно просты и дешевы в производстве.

 

LEP-технология

 

В принципе, LEP-дисплей представляет собой многослойный набор тончайших полимерных пленок. Даже по сравнению с экранами на жидких кристаллах пластиковые мониторы кажутся совсем тонкими - всего пары миллиметров вполне достаточно для воспроизводства на них качественного изображения. По многим же параметрам светоизлучающие пластики превосходят всех своих конкурентов. Они не подвержены инверсионным эффектам, что позволяет менять картинку на таком дисплее с очень высокой частотой. Для работы LEP расходуют электрический ток слабого напряжения, да и вообще отличаются низкой электроемкостью. Кроме того, то, что пластик сам излучает, а не использует отраженный или прямой поток от другого источника, позволяет забыть о тех проблемах, с которыми сталкиваются производители мониторов на жидких кристаллах, в частности - ограниченного угла обзора. Конечно, не обошли эту еще молодую технологию и свои специфические проблемы, такие, например, как ограниченный срок службы полимерных матриц, который сегодня намного меньше, чем у электронных трубок и ЖК-дисплеев. Другая проблема касается воспроизведения светоизлучающим пластиком цветных изображений.

 

 

Каждым пикселем первого полимерного дисплея управлял отдельный тонкопленочный транзистор (TFT), а светоизлучающий полимер наносился на коммутирующую матрицу в жидком виде по технологии, аналогичной стандартной струйной печати (IXBT). С разрешением 800х236 точек, площадью в 50 кв. мм он дисплей имел толщину 2 мм

Главными преимуществами являются простота и дешевизна производства, а также возможность синтеза новых материалов с заданными свойствами. Главными недостатками - непродолжительный срок службы и низкая мобильность зарядов вследствие аморфной структуры пластика. Однако, в последнее время недостатки постепенно удается преодолеть, в частности, за счет применения многослойных материалов.

Достоинства технологии

 

Во-первых, всем понравится, что эти дисплеи гибкие и плоские, и называть их "экраном" язык не поворачивается. На гибкое прозрачное покрытие напыляют светоизлучающие полимеры, к подложке подводят слабый ток. Благодаря влиянию соседних электронов, которое объясняется изоляционными свойствами полимера, "это" излучает свет, формируя изображение. Причём, светоизлучающий пластик может наноситься на любую гибкую подложку больших размеров. В части размеров, описания ограничиваются многообещающим "большим". Представляется экран размером с дом, но говорят, что "пластмассовый дисплей" произведёт переворот как раз наоборот — в маленьких устройствах.

Во-вторых, "полимерные мониторы" потребляют мало энергии, что опять же на руку владельцам тех устройств, что работают на батарейках и аккумуляторах: LEP-дисплеи работают при пяти вольтах.

В-третьих, изображение можно получать с угла в 180 градусов, что, по сравнению с ЖК, которые дают картинку в диапазоне 160 градусов, тоже неплохо.

В-четвёртых, изображение более качественное. Здесь остается полагаться на описания — пока мы видеть LEP не видывали.

В-пятых, они лёгкие. Их вес позволит модифицировать все существующие портативные устройства — в первую очередь LEP-мониторы облегчат (буквально) "дисплейные очки". Плюс, конечно, уже существующие мобильные телефоны с LEP-окошками, дисплеи ноутбуков, калькуляторы, видеокамеры и цифровые фотоаппараты. Причём, "экрану" можно придавать любую (!) форму.

Представители компании говорят, что путь LEP-технологии на рынок не многим отличается от пути ЖК: также от калькуляторов и наручных часов — к мониторам.

Кроме того, считается, что в процессе "коммерческой адаптации" устраняются недоработки технологии и у потребителя психологически "прививается" вкус. Иначе говоря, наблюдается идейное насаждение и проба сил на рынке.

 

Применение

 

Достаточно логично, что первым коммерческим применением проводящего пластика стали проводники. На данный момент такие пластики по проводимости приближаются к меди и имеют срок службы порядка 10 лет. Они применяются (в частности, компанией Matsushita) для изготовления электродов в батареях, проводящего покрытия электростатических динамиков, антистатических покрытий, и, что особенно важно, для нанесения проводящих дорожек на печатных платах. Глобальной целью в этом направлении компания CDT считает ни много, ни мало - вытеснение меди в качестве материала для изготовления проводящих дорожек печатных плат. Правда, для этого необходимо еще увеличить срок службы и повысить проводимость пластика.

Однако наиболее интересным применением пластиковых полупроводников на данный момент является создание разного рода устройств отображения информации на их базе. О том, что полупроводящий пластик под действием электрического тока может испускать фотоны (то есть, светиться), знали давно. Но крайне низкая (0.01%) квантовая эффективность этого процесса (отношение числа испущенных фотонов к числу пропущенных через пластик зарядов) делала практическое применение этого эффекта невозможным. За последние 5 лет компания CDT совершила прорыв в этом направлении, доведя квантовую эффективность двуслойного пластика до 5% при излучении желтого света, что сравнимо с эффективностью современных неорганических светодиодов (LED). Помимо повышения эффективности удалось расширить и спектр излучения. Теперь пластик может испускать свет в диапазоне от синего до ближнего инфракрасного с эффективностью порядка 1%.

По заявлению технического директора CDT Ltd. Пола Мея (Paul May), компании удалось достичь срока службы более 7000 часов при 20Со и около 1100 часов при 80Со без ухудшения характеристик для устройств, произведенных и эксплуатирующихся в нормальных атмосферных условиях, и срока хранения устройств при воздействии яркого света и повышенной температуры без потери работоспособности (shell-life) более 18 месяцев. С использованием "инкапсуляции", то есть помещения устройств в специальный защитный корпус, "срок хранения" возрастает до 5 лет, что на данный момент является фактическим стандартом. При этом компания продолжает работы в этом направлении, стремясь довести срок жизни LEP-устройств хотя бы до 20000 часов, что, по мнению инженеров компании, достаточно для большинства применений.

О том, что промышленный мир серьезно относится к LEP-технологии, свидетельствует покупка компанией Philips Components B.V. лицензии на использование этой технологии и инвестиции Intel в компанию CDT. Итак, что же есть у компании на сегодняшний день.