OLED-дисплеи Epson

Простое эволюционное совершенствование плазменных и ЖК-панелей не позволяет полностью избавиться от присущих им недостатков. Необходима разработка новых устройств отображения с использованием других физических принципов создания яркого изображения. Этим устройством может стать дисплей на светоизлучающих диодах. Конечно, не таких больших, какие использовались, например, для индикации режимов на панелях усилителей или ресиверов, а размером с элемент пикселя панели. Естественно, что традиционные технологии не позволяют создать такие микроскопические светодиоды. Уже достаточно долго исследуются возможности использования органических светодиодов (в англоязычной транскрипции — OLED) для создания дисплеев разных размеров.
   В мае прошлого года в Японии корпорация Seiko Epson представила широкой публике прототип 40-дюймового цветного OLED-дисплея. Такие дисплеи имеют целый ряд преимуществ по сравнению с существующими жидкокристаллическими и плазменными панелями. В OLED-дисплеях используются самосветящиеся вещества. Другими словами, органические материалы, из которых изготовлен OLED-дисплей, становятся электролюминесцентными и излучают свет, когда через них проходит электрический ток. Это означает, что не требуется энергопотребляющей задней подсветки для создания яркого изображения, и само изображение превосходно по контрастности (неработающие пиксели просто выключаются, создавая идеально черное поле) и яркости по сравнению с другими присутствующими на рынке дисплеями. Кроме того, OLED-дисплей обеспечивает яркие насыщенные цвета (красный, синий и зеленый) при широком угле обзора в пределах до 165^o.
   Для работы современных ЖК-панелей требуется использование задней подсветки. Поэтому и потребление у них выше, и конструктивно они получаются толще, ведь для размещения ламп необходимо дополнительное место. Кроме того, до последнего времени возникала масса вопросов в связи с их использованием в качестве экрана домашнего кинотеатра, так как угол обзора ЖК-панелей резко падал по мере смещения от ее центра (когда кто-то из зрителей сидит сбоку).
   Что касается плазменных дисплеев, то хотя их угол обзора больше, и они обеспечивают лучшую чистоту цветов, чем ЖК-панели, присутствующий в процессе их работы плазменный разряд приводит к потере четкости изображения. Кроме того, они потребляют больше, чем ЖК-панели, электроэнергии и во всех отношениях дороже.
   Таким образом, OLED-дисплеи потенциально могут не только занять некую долю рынка дисплеев больших размеров, но вскоре вообще вытеснить ЖК- и плазменные панели. По мнению некоторых экспертов, это произойдет еще до конца десятилетия.
   Структура полимерного OLED-экрана предельно проста. Каждая ячейка представляет собой тонкий слой светоизлучающего полимера, расположенный между слоями металла (катода) и прозрачного анода, нанесенного на стеклянную подложку. Анод изготавливается из индий-оловянного оксида (ITO), который из-за своей высокой прозрачности широко используется в ПЗС-матрицах. При подаче напряжения смещения в проводящем направлении электроны и дырки инжектируются катодом и анодом в полимерный слой, где они рекомбинируют с выделением энергии в виде света высокой интенсивности. При напряжении 5 вольт OLED толщиной всего несколько миллиметров способен выдавать до 40 люмен на ватт — сколько же дает и флуоресцентная лампа. Цвет свечения зависит от химического состава OLED, и, используя двухмерный массив (матрицу) RGB-пикселей, можно создавать полноцветные экраны.

Структура ячейки дисплея на органических светодиодах

В прототипе OLED-дисплея Epson использованы четыре низкотемпературные TFT-панели, которые соединены вместе в одну 40-дюймовую панель. Из двух типов органических структур, исследуемых разработчиками — низкомолекулярных и полимерных материалов, специалисты Epson выбрали последний. На выбор повлияли технологические особенности материалов и большой опыт корпорации в области струйных принтеров. Изготовление низкомолекулярных органических светодиодов очень дорого: для этого требуется вакуумное осаждение органического вещества с использованием теневой маски. Если изготовление такой маски для небольших дисплеев (например, для мобильных телефонов) экономически вполне оправдано, то затраты на изготовление высокоточной маски больших размеров растут непропорционально быстро с ее увеличением. Полимерную же органику можно превратить с помощью растворителя в жидкость и затем наносить на подложку любых размеров в обычных условиях, печатая точки элементов пикселей специальным струйным принтером.
Специалисты Epson адаптировали свою технологию высокоскоростной микропьезопечати для производства дисплеев. В других методах струйной печати используется подогрев красящего вещества перед выбросом до очень высокой температуры, что не подходит для печати полимерными материалами. Чтобы получить необходимую точность изготовления дисплея, сначала методом фотолитографии на подложке создаются микроуглубления. Затем они заливаются (печатаются технологическим струйным принтером) последовательно красным, синим и зеленым полимером, образуя структуру RGB-субпикселей. Электроника дисплея объединяет каждые три субпикселя в полноцветный пиксель. Этот метод позволяет получить шаг пикселей 128 мкм при размере каждого субпикселя 40 мкм. Таким образом, представленный 40-дюймовый прототип имеет разрешение 1280х768 пикселей. Чтобы повысить четкость печати органических светодиодов, было использовано еще одно технологическое ухищрение. Углубления на подложке покрыты гидрофильным веществом, а поверхность между ними — гидрофобным. Эти вещества соответственно притягивают или отталкивают раствор полимера, обеспечивая требуемую точность печати. Все микрокапли жидкого полимера скатываются в углубления при минимальном размазывании полимера по разделительным ребрам. В настоящее время ограничение размера дисплея связано с возможностями принтера. Существующий технологический принтер позволяет печатать на подложке размером 1200х20 мм с разрешением 2880 точек на дюйм. Используя этот метод, корпорация уже серийно производит OLED-панелей размером от 2,1 до 12,5 дюйма. Заметим также, что подобный принтер корпорация использует для изготовления самых тонких многослойных печатных плат, проводники которых просто печатаются на подложку.
Конечно, не все так просто. И у OLED-панели есть существенный недостаток, но хочется надеяться, что только пока. Сегодня срок службы панели составляет около 2000 часов. Специалисты утверждают, что уже к 2007 году, когда они собираются выходить на рынок с коммерческими моделями, он составит 10000 часов или даже больше.

OLED-технология
Эра органических светодиодов началась в 1977 г., когда был открыт эффект электропроводности полимеров. За это открытие его соавторы Алан Хигер (Alan J. Heeger), Алан Мак-Диармид (Akan G. MacDiarmid) и Хидеки Ширакава (Hideki Shirakawa) были удостоены Нобелевской премии по химии за 2000 г. Дальнейшие исследования этого явления позволили специалистам Кембриджского университета обнаружить в 1990 г. свойство электролюминесценции у проводящих полимеров, что и привело к созданию полимерных органических светодиодов.