OLED displeje za pár let nahradí LCD

Budoucnost monitorů a displejů lze v podstatě předpovědět poměrně snadno. Všechny, počínaje těmi nejmenšími s n


Budoucnost monitorů a displejů lze v podstatě předpovědět poměrně snadno.
Všechny, počínaje těmi nejmenšími s nízkou spotřebou, které jsou určeny pro PDA
a mobily, na nichž poběží barevné video, a konče obřími LCD panely, budou tenčí
a nabídnou ostřejší obraz i vyšší rozlišení. Předmětem intenzivního vývoje jsou
dnes nejrůznější technologie včetně takových, které mají v budoucnu zcela
nahradit LCD, nebo levných, avšak co do kvality srovnatelných alternativ k
plazmovým displejům. Těžší už ale je předvídat, která z nich se skutečně
prosadí. Zřejmě nejvíce pozornosti a šancí na uplatnění je v poslední době
přisuzováno technologii OLED.
Ploché displeje typu LCD (Liquid Crystal Display) i PDP (Plasma Display Panel)
se rychle začínají rozšiřovat jak v oblasti PC, tak obyčejné televizní
techniky. Zejména např. japonští uživatelé se při pozvolném postupu cen směrem
dolů začínají tímto směrem výrazně orientovat, a to nejen kvůli elegantnímu
vzhledu, ale také pro úsporu místa i spotřeby. Statistiky z podzimu 2002 hovoří
o 600 000 prodaných kusů plochých LCD televizorů (od začátku roku) na japonském
trhu, což oproti stejnému období loňského roku znamená nárůst o 41 %. 92 000
prodaných PDP pak představovalo dokonce více než 300% růst prodeje. Relativně
novým trendem na poli zobrazovacích zařízení je technologie OLED, i když
prozatím bývá středem zájmu spíše na veletrzích IT či spotřební elektroniky.
Displeje s jasným obrazem a nízkou spotřebou, které jsou hlavními devizami této
relativně mladé technologie, se zatím začínají objevovat pouze v oblasti
spotřebních přístrojů, mobilních telefonů či PDA, zajímavější možnosti využití
se však rýsují s tím, jak jde vývoj souvisejících technologií kupředu.

Princip emise
OLED (Organic Light Emitting Diode) displeje používají emisivní (luminiscenční)
technologii znamená to, že samy emitují světlo (podobně jako např. plazmové
displeje), čímž je eliminována potřeba podsvícení, resp. zezadu umístěného
zdroje světla, které je vyžadováno u LCD displejů. (V případě LCD se jedná o
transmisivní technologii, neboť světelný zdroj vyzařuje bílé světlo, které
prochází filtrem, jehož obrazové body sestávají z červených zelených a modrých
elementů.) Některými asijskými firmami bývá technologie označována také jako
OELD, neboli Organic Electroluminescence Display.
Díky tomu, že se obejdou bez samostatného zdroje světla, vzniká zde prostor pro
další zeštíhlení zobrazovacího panelu (tzn. lepší ergonomie), stejně jako pro
snížení spotřeby energie. Další důležitou výhodou je to, že OLED displeje mají
výrazně kratší dobu odezvy než LCD (běžně 10 ms, zatímco u současných
kvalitních LCD se responze pohybuje kolem 25 ms a více), což znamená, že budou
vhodnější např. pro zobrazování videa. Současně by měly nabídnout i široký
zorný úhel, běžně přinejmenším 165 ?. Technologie OLED navíc zajišťuje ostrý,
jasný a kontrastní obraz tyto parametry mají být podle výrobců, kteří se
vývojem zabývají, rovněž lepší než u běžných LCD.

Technologie OLED
Základním stavebním prvkem OLED displejů je, jak už z názvu vyplývá, LED dioda
z organického materiálu. Využívá stejnou metodu pro vyzařování světla jako
běžná LED, avšak organický materiál reabsorbuje méně světla než anorganický
přesněji řečeno, frekvence absorbovaného světla leží převážně mimo viditelné
spektrum. To samozřejmě přispívá k vyšší účinnosti.
Díky rychlému vývoji v oblasti organických materiálů, označovaných jako tzv.
konjugované polymery, začínají OLED technologie nacházet stále širší možnosti
uplatnění. Prakticky veškeré jejich součásti mohou být tvořeny právě polymery
(aktivní prvky, substrát i řídicí elektronika), jejichž fyzikální a mechanické
vlastnosti (nízká váha, velká pevnost) i snadná zpracovatelnost předznamenávají
možnosti využití ve velmi různorodém spektru aplikací.
Struktura OLED je tvořena několika vrstvami tenkého organického materiálu,
které jsou vloženy mezi průhlednou anodou a kovovou katodou zaváděcí a
transportní vrstvou děr, emisní vrstvou a transportní vrstvou elektronů.
Jestliže je do určité buňky obrazového bodu přivedeno napětí, dojde k
rekombinaci pozitivních a negativních nábojů v emisní vrstvě, kde v důsledku
toho dochází k vyzařování světla (elektroluminescence). Struktura je navržena
tak, aby byl proces rekombinace co nejefektivnější a výstup světla byl
maximalizován. Příměsí několika fluorescentních molekul do buňky v emisní
vrstvě lze navíc dosáhnout jak vyšší účinnosti elektroluminescenčního efektu,
tak lepší kontroly barevného výstupu (tuto techniku má patentovánu firma
Eastman Kodak).
Podobně, jako je tomu u LCD, i u OLED displejů analogicky rozlišujeme dva
základní typy displeje s pasivní a aktivní maticí.

Pasivní matice
OLED displej tvořený pasivní maticí má jednoduchou strukturu, díky čemuž je
ideální pro levnější aplikace zejména tam, kde jde o zobrazení "chudšího" či
jednoduššího obsahu, jinak řečeno omezeného množství informací (příkladem mohou
být alfanumerické displeje v oblasti spotřební elektroniky atd.).
Pro řízení OLED displeje s pasivní maticí prochází elektrický proud vybranými
pixely napětí je přivedeno do příslušných řádků a sloupců matice obrazových
bodů (to zprostředkují ovladače displeje připojené ke každému řádku a sloupci).
Energii, přivedení videosignálu i multiplexní přepínání přitom zajišťuje
externí řídicí mechanismus. Datový signál je obvykle přiveden do sloupců matice
a je synchronizován s procházením (skenováním) řádků obrazová data pro určitý
sloupec a řádek určují, zda bude daný pixel osvětlen, nebo ne. Videosignál je
panelem úspěšně zobrazen tehdy, jestliže je dokončeno skenování řádků v čase
zobrazení jednoho snímku (typicky se jedná o 1/60 sekundy).

Aktivní matice
Displeje tvořené tzv. aktivní maticí jsou naproti tomu určeny pro oblasti, kde
je vyžadováno velké rozlišení a předpokládá se zobrazení graficky náročnějšího
obsahu (příkladem může být video). Poskytují jasnější a přesnější obraz,
nicméně jsou podstatně náročnější na výrobu, a pochopitelně tedy nákladnější.
Displej s aktivní maticí má na rozdíl od pasivního v substrátu integrovánu
"propojovací" elektronickou vrstvu ta pro každý obrazový bod obsahuje nejméně 2
tranzistory (a kondenzátor). Ty jsou po řadě připojeny ke vzájemně kolmým
liniím tvořícím anodu a katodu, které udržují všechny aktivní pixely v
"zapnutém" stavu po celou dobu periody skenování. Prostřednictvím tranzistorů
jsou zpracovávány obrazové informace, jež definují, které pixely jsou aktivní,
a je řízen průtok proudu. Při použití tranzistorů lze v podstatě každý pixel
nezávisle adresovat a je dosaženo podstatně rychlejší odezvy a současně nižší
spotřeby. Řídicí mechanismus může být umístěn přímo na substrát, takže odpadá
potřeba propojení s periferní (vnější) řídicí jednotkou, které je při vysoké
hustotě odpovídající větším rozlišením výrobně nákladnou záležitostí. Využitím
určitých druhů materiálu lze také dosáhnout toho, že bude OLED displej pružný.
Díky tomu, že jsou (aktivní) OLED displeje založeny na emisivní technologii,
není třeba brát v úvahu faktor apertury, neboť světlo neprochází aperturní či
stěrbinovou mřížkou. Proto zde v podstatě nejsou žádná omezení co do počtu
obrazových bodů, rozlišení ani velikosti displeje. V případě výskytu vadných
pixelů je jejich dopad na kvalitu obrazu všeobecně považován za méně nepříjemný
než u LCD. To proto, že v případě OLED se vadný pixel projevuje tmavým efektem,
zatímco vadný pixel u LCD vytváří světlý efekt, je tedy viditelnější.

LEP, nebo SMOLED?
Další dělení druhů OLED displejů vychází z použitého materiálu, přičemž v
zásadě lze technologické větve rozdělit na ty, které využívají relativně velké
molekuly, označované jako LEP (Light Emitting Polymers), nebo malé molekuly (či
dokonce monomery) s odpovídajícím názvem SMOLED (Small Molecule OLED).
Oba typy pracují na stejném principu při rekombinaci elektronů a děr vzniká
jeden ze dvou stavů singletní nebo tripletní, přičemž při prvním dochází k
emisi světla, při druhém nikoliv. Efektivita dosažitelná OLED displejem je pak
limitována poměrem obou stavů.
V případě technologie SMOLED je podle výzkumů vytvoření singletního stavu 3krát
méně pravděpodobné než vytvoření stavu tripletního, což vlastně omezuje horní
hranici účinnosti takového zařízení na maximum 25 %. Řešení této situace je
předmětem intenzivního výzkumu, který se zaměřuje na zlepšení dosažitelného
výkonu např. přidáním vhodných látek (fosforu) i využitím přeměny tripletního
stavu na zvýšení účinku emise. Naproti tomu u technologie LEP je poměr
singlet/triplet stavů větší než 1, což poukazuje na vysokou účinnost. Nevýhodou
SMOLED je rovněž vyšší výrobní náročnost. Výroba LEP naopak není náročnější než
u běžných LCD.

Displeje budoucnosti
Podle odhadů průzkumu společnosti Stanford Resources by se měl trh OLED
displejů rozrůst z hodnoty zhruba 29 milionů dolarů v roce 2000 na 1,6 miliardy
v roce 2007. I přesto, že se s nimi uživatelé v nejbližších 4-5 letech zřejmě
nebudou zcela běžně setkávat např. v noteboocích, dá se očekávat, že se v
dohledné době stanou zcela běžnou technologií v oblasti kapesních počítačů typu
PDA, stejně jako v telefonech či v podobě malých displejů na přístrojích z
oblasti spotřební elektroniky.
První firmou, která začala technologii OLED komerčně využívat, byla firma
Pioneer, která už v roce 1998 zabudovala OLED displej do svého autorádia.
Následně použila technologii Pioneeru firma Motorola v jednom ze svých
mobilních telefonů Timeport. Dnes už je možné najít na trhu takových produktů
více převážně se jedná o podobné typy zařízení.
Dokud však nedojde k poklesu cen (resp. výrobních nákladů), nelze podle
Kimberly Allenové, analytičky Stanford Resources, očekávat, že se OLED
technologie rychle rozšíří dál z oblasti mobilních telefonů a spotřební
elektroniky. V současné době totiž výrobci stále ještě nedisponují výrobními
technologiemi pro spolehlivou a z hlediska cen přijatelnou produkci větších
panelů. I přesto se však předpokládá, že v budoucnu mají být výrobní náklady v
porovnání s LCD displeji znatelně nižší. Je však téměř jisté, že zpočátku budou
ceny srovnatelné, zřejmě i o něco vyšší než u LCD, což umocní i pokračující pád
cen LCD v průběhu následujících let ke zvratu by mělo postupně dojít až spolu s
masovějším rozšířením výroby.
Ačkoliv pro většinu běžných uživatelů je technologie OLED téměř neznámým
pojmem, v "zákulisí" vývojových laboratorí probíhá vývoj a výzkum na plné
obrátky. Podle Allenové je ve hře např. každá z japonských firem, které se ve
výrobě displejů angažují, navíc za účelem rychlejšího vývoje průběžně vznikají
různá partnerství (např. mezi firmami Samsung Electronics a NEC, Philips a
Koninklijke atd.).

Prototypy displejů
Firmy jako Pioneer či Toshiba už v roce 2001 demonstrovaly např. 1,8palcové,
resp. 2,85palcové displeje pro až 260 000 barev, určené do oblasti PDA. Plány
na výrobu OLED monitorů má taktéž společnost Sony, která už před časem (na jaře
loňského roku) demonstrovala 13" OLED panel s rozlišením 800 x 600 pixelů,
který je jen o málo silnější než kreditní karta.
Několik zajímavých novinek pak přinesl loňský podzim. V budoucí úspěch
technologie OLED věří zejména firmy Eastman Kodak a Sanyo, které představily
první prototyp 15" OLED displeje založeného na technologii prvně jmenované
firmy. Displej s aktivní maticí nabízí v plných barvách rozlišení 1 280 x 720
pixelů (což odpovídá standardu pro HDTV) a obrazovou plochu 326,4 x 183,6 mm.
Sanyo také hodlá dodávat v tomto roce 2,2" a 2,16" OLED displeje určené do
mobilních telefonů pro 3G, kde může být využito jejich rychlé odezvy např. při
streamingu videa. Toshiba pak demonstrovala dokonce 17" OLED displej, který při
rozlišení 1 280 x x 768 pixelů nabízí 256 000 barev. Může být využit např. jako
monitor počítače, v televizních přijímačích i dalších aplikacích nicméně
konkrétnější údaje o možné masové produkci zatím nepadly. Firma současně rovněž
představila 2,2" verzi displeje pro PDA, který využívá tutéž technologii a
nabízí stejný počet barev.
NEC (spolu se Samsungem vytvořily joint venture Samsung NEC Mobile Display)
integroval OLED displej s rozlišením 176 x x 184 bodů i řídicí systém do
jediného kusu skla. Eliminací externích částí displeje (který zvládá až 260 000
barev) mohou být podle zástupců firmy znatelně sníženy výrobní náklady. Takový
displej se pak navíc obejde bez rámečku a může být využita celá jeho plocha,
díky čemuž např. v mobilním telefonu umožní další zeštíhlení.

Nedořešené problémy
Není všechno zlato, co se třpytí i technologie OLED displejů, byť se o nich
mluví velmi optimistickým tónem, mají své mouchy. Zřejmě největší překážkou pro
uvedení OLED displejů do masové produkce v celé šíři předpokládaných aplikací
je především fakt, že se výrobci zatím nevyrovnali s problémem krátké
životnosti prvních prototypů. S délkou svého životního cyklu jsou OLED displeje
zatím vhodné spíše do mobilních telefonů či dalších přístrojů s podobně krátkým
životním cyklem, ne však např. pro monitory počítačů, potažmo televizní
obrazovky. Zatím se také ne vždy daří dosáhnout zmiňované vysoké účinnosti a
nízké spotřeby v mnohých ze současných produktů či spíše prototypů počítačových
OLED monitorů jsou víceméně srovnatelné jako u běžných LCD.
Vyššího pokroku v tomto směru bylo dosaženo u displejů s pasivní maticí
(určených převážně pro aplikace, kde není vyžadována plná barevnost). Displeje,
které umějí zobrazit např. 5 barev, mají jednodušší strukturu a vývoj jejich
technologií je mnohem dále než u OLED s aktivní maticí. Pokročil dost na to,
aby mohly být první produkty vyráběny pro komerční využití. Zde už je v mnoha
případech patrný kvalitativní rozdíl oproti monochromatickým LCD přitom šíře
aplikací (resp. trh) pro jednobarevné displeje je stále dost velká.
Rozhodně se nedá očekávat, že by technologie OLED sesadila LCD ze dne na den, i
když už dnes zástupci mnohých firem velmi hlasitě hovoří o tom, že se tak v
budoucnu nepochybně stane. Dominantní technologií by se OLED podle současných
(doufejme, že ne předčasných) odhadů měla stát kolem roku 2010.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.