در این پروژه به بررسی تکنولوژی استفاده شده در نسل آینده صفحه های نمایش، یعنی نمایشگر های OLED خواهیم پرداخت.
اطلاعات عمومی درباره نمایشگرهای OLED:
یک OLED یا Organic Light Emitting Diod به LED هایی گفته می شود که در لایه الکترولومینسانس خروجی (ٍEmissive Electroluminescent Layer) توسط مواد آلی (Organic Compounds) ساخته شده. این لایه معمولا از یک سطح پلیمر تشکیل شده که امکان رسوب مواد آلی (Organic Compounds) را فراهم می کند. رسوب کردن این مواد آلی در سطرها و ستون ها توسط یک عملیات چاپ کردن انجام می شود و نتیجه بوجود آمدن پیکسل هایی است که می توانند نورهای مختلفی را ساتع کنند.
Organic Compounds یا مواد آلی به موادی گفته می شود که در ساختار مولکولی کربن (C) داشته باشند. به دلیل اینکه اکسید های کربن، کربنات ها، آلیاژ ها و بلور های کربن خواص Organic از خود نشان نمی دهند در شاخه Inorganic قرار می گیرند. برای اطلاعات بیشتر درباره خواص این مواد می توانید به مقاله های “شیمی آلی” یا “Organic Chemistry” مراجعه کنید.
OLED ها می توانند در صفحه های نمایش تلویزیون، مانیتور های کامپیوتر، موبایل ها، PDA ها و سایر دستگاه های قابل حمل استفاده شوند OLED ها حتی توانایی فراهم کردن روشنایی به عنوان منابع نور را هم دارا می باشند.
مهمترین برتری OLED ها نسبت به نمایشگرهای LCD عدم نیاز به نور پیش زمینه یا Backlight است چون OLED ها خود توانایی ساتع کردن نور را دارا می باشند. به همین دلیل مصرف انرژی OLED ها نسبت به نمایشگرهای LCD بسیار پایین تر بوده و این یک فاکتور بسیار مهم در دستگاه های قابل حمل خواهد بود.
ساختار پیکسل های OLED:
در شکل زیر ساختار یک پیکسل ساده OLED را مشاهده می کنید.
همانطور که مشاهده می کنید از یک صفحه فلزی (معمولا آلومینیوم یا کلسیم) به عنوان کاتد (Cathode) و صفحه اکسید ایندیم-قلع (Indium-tin Oxide) به عنوان آند (Anode) استفاده شده است.
بین آند و کاتد سه لایه دیگر وجود دارد:
Electron Transport Layer یا ETL
Organic Emitters
Hole Injection Layer یا HIL
لایه ها از جنس مولکول های آلی تشکیل شده اند که رسانای الکتریکی هستند. میزان رسانایی آنها بین مواد رسانا و مواد نارسانا متغیر است؛ به دلیل داشتن این خاصیت نیمه رسانایی به این مواد نیمه رساناهای آلی یا Organic Semiconductors گفته می شود. این مواد همانند نیمه رساناهای سیکیون (Si) توانایی Doping را دارند، از Doping برای بالا بردن کارایی نیمه رساناها استفاده می شود.
ولتاژ متغیر ۲ تا ۱۰ ولت بین آند و کاتد اعمال می شود، آند به قطب مثبت و کاتد به قطب منفی. به همین دلیل جریانی از الکترون ها از سمت کاتد به آند برقرار می شود. کاتد الکترون های خود را وارد Electron Transport Layer می کند و آند الکترون ها را از Hole Injection Layer جذب می کند. یعنی در لایه ETL الکترون های اضافی و در لایه HIL حفره (Hole) های اضافی وجود دارد.
بعد از مدتی چگالی بارهای منفی الکتریکی در لایه ETL و چگالی بارهای مثبت در لایه HIL بالا می رود و به دلیل بوجود آمدن میدان الکتریکی بین دو لایه الکترون ها و حفره ها به سمت هم می آیند. در Organic Semiconductors بر خلاف Inorganic Semiconductors حفره ها قابلیت حرکت بیشتری نسبت به الکترون ها دارند و به همین دلیل حفره ها سریعتر وارد لایه ETL می شوند و در نیمه پایینی این لایه هر حفره با یک الکترون پر می شود.
هنگام پر شدن حفره ها توسط الکترون یک تغییر در سطح انرژی الکترون رخ می دهد که باعث می شود این اختلاف انرژی بصورت یک سیگنال نور ساتع شود. به همین دلیل این قسمت از ETL را یک لایه جدید با نام Organic Emitters می نامند. فرکانس این سیگنال نور در ناحیه قابل مشاهده توسط چشم انسان است.
یکی از دلایل اینکه از اکسید ایندیم-قلع به عنوان آند استفاده می شود توانایی عبور دادن نور است. اکسید اینیدم-قلع به طرز بسیار مناسبی نور ساتع شده در لایه Organic Emitters را از خود عبور می دهد.
محاسن و معایب نسبت به صفحه های نمایش LCD:
با توجه به ساختار بسیار ساده پیکسل های OLED تولید اینگونه صفحه های نمایش بسیار ساده تر از صفحه های نمایش LCD یا Plasma است. OLED ها حتی می توانند بر روی سطوح بسیار ساده چاپ شوند و به همین دلیل هزینه تولید بسیار پایینتری نسبت به صفحه های نمایش LCD یا Plasma دارند.
بر همین اساس OLED ها را می توان بر روی سطوحی مانند مقوا یا لباس یا حتی کاغذهای معمولی چاپ کرد و صفحه های نمایشی بسیار نازک و زیبا را روانه بازار کرد.
در OLED ها به دلیل اینکه هر پیکسل خود ساتع نور است (بر خلاف LCD که هر پیکسل یک —– است) روشنایی و کنتراست بسیار بالاتری نسبت به صفحه های LCD را در اختیار کاربر قرار می دهند.
به دلیل سطوح بسیار زیاد انرژی و تفاوت میزان چگالی بارهای الکتریکی لایه Organic Emitters پیکسلهای OLED قابلیت نمایش دامنه بسیار زیادی از رنگها (چندین برابر نسبت به LCD) را دارا می باشند.
به دلیل عدم نیاز به نور پیش زمینه پیکسلهای OLED نسبت به LCD انرژی بسیار کمتری مصرف می کنند و برای دستگاه های قابل حمل بسیار مناسب هستند. OLED ها قابلیت مدیریت مصرف انرژی بسیار بهتری نسبت به LCD دارند، چون در رنگ های تیره به سادگی می توان میزان نور ساتع شده را کم کرد (یا خاموش کردن پیکسل هنگام استفاده از رنگ سیاه) اما در صفحات LCD چون همیشه نور پیش زمینه وجود دارد فقط با کم کردن میزان نور پیش زمینه میتوان مصرف را پایین آورد.
چون نور ساتع شده توسط هر پیکسل مستقل از پیکسل های دیگر است زاویه دید این صفحات کاملا ۱۸۰ درجه (۹۰ درجه از هر طرف) بوده و هیچ وقت رنگها از زاویه های مختلف اشتباه دیده نمی شوند.
صفحات OLED زمان پاسخگویی بسیار پایینی دارند؛ در حال حاضر زمان پاسخگویی سریعترین صفحات LCD نزدیک به ۲ میلی ثانیه است در حالی که صفحات OLED معمولی زمان پاسخگویی حدود ۰/۰۱ میلی ثانیه دارند.
اندازه پیکسل های OLED می تواند کوچکتر از پیکسل های LCD باشد به همین دلیل در یک صفحه می توان پیکسل های بیشتری را نسبت به LCD جا داد و صفحاتی با رزولوشن بالاتر تولید کرد.
تنها عیب جدی صفحات OLED کم بودن طول عمر آنهاست. پیکسل های OLED فعلی حدود ۱۴/۰۰۰ ساعت عمر می کنند. (۵۸۳ روز در صورت استفاده ۲۴/۷ یا ۳ سال و دو ماه در صورت استفاده ۱۲ ساعت در روز) در حال حاضر Panasonic و TOSHIBA توانسته اند طول عمر صفحات OLED را تا دو برابر زمان فعلی افزایش دهند و هنوز هم راه هایی برای بالا بردن طول عمر وجود دارد.