OLED - następca technologii LCD

O ekranach OLED, które mają zastąpić monitory LCD słychać już od dłuższego czasu. Co jakiś czas w prasie komputerowej i Internecie publikowane są szumne zapowiedzi, że już za rok, taka czy inna firma, rozpocznie seryjną produkcję monitorów OLED. Wygląda jednak na to, że po blisko dziesięciu latach oczekiwania, nareszcie te zapowiedzi się ziszczą.

Ekrany LCD (ang. Liquid Crystal Display) zdominowały już w całości rynek wyświetlaczy komputerowych, zastępując tradycyjne monitory CRT (ang. Cathode Ray Tube). Obecnie trwa szybki proces wypierania przez nie tradycyjnych kineskopowych odbiorników TV. Jednocześnie panele LCD spychają z rynku telewizory plazmowe, które, notabene, nigdy nie zdołały zająć na nim wystarczająco silnej pozycji. Co ciekawe, wyświetlacze LCD zdobyły tę swoją dominującą pozycję mimo wielu wad i wbrew opinii dużej liczby fachowców, którzy twierdzili, że technologia ta nigdy nie powinna trafić na masowy rynek - zwłaszcza w takim stadium zaawansowania, jak miało to miejsce pod koniec lat 90. ubiegłego wieku, gdy na sklepowych półkach pojawiały się pierwsze, zbliżone do dzisiejszych produktów, modele monitorów ciekłokrystalicznych.

Obecnie, głownie za sprawą poniesienia przez producentów paneli LCD ogromnych nakładów na ich rozwój, wiele z "wrodzonych" wad (np. smużenie wynikające z długich czasów reakcji matrycy, czy tez niskie kąty widzenia) technologii ciekłokrystalicznej udało się wyeliminować lub zminimalizować do tego stopnia, że są one niemal niezauważalne, ale niektórych ich niezbyt pożądanych cech po prostu się nie da pozbyć. Do takich wad technologii LCD zaliczyć trzeba przede wszystkim to, że ciekłokrystaliczne matryce nie emitują same z siebie światła, tylko muszą być zawsze podświetlane od tyłu.

Ta ich właściwość pociąga za sobą kilka istotnych konsekwencji dla konstrukcji paneli. Po pierwsze, użycie do podświetlenia ekranu świetlówek CCLF (ang. Cold Cathode Fluorescent Lamp) wymusza stosowanie dyfuzorów rozpraszających światło, a i tak podświetlenie ekranu nigdy nie będzie równomierne - w najnowszych konstrukcjach, aby poprawić jednorodność podświetlenia zaczęto korzystać z matryc diod LED. Po drugie, w ekranach ciekłokrystalicznych przy wyświetlaniu czerni ciekłe kryształy jedynie blokują, z lepszym bądź gorszym skutkiem, przechodzące przez nie światło, co sprawia, że uzyskiwana na ekranie monitora LCD czerń nie jest zbyt głęboka i bliżej jej raczej do koloru ciemnoszarego niźli prawdziwej czerni (jest to tzw. efekt święcącej czerni), a uzyskiwany kontrast jest przez to dość niski. Poprawę kontrastu uzyskuje się poprzez zwiększenie jasności ekranu - co nie eliminuje efektu świecącej czerni, a pociąga za sobą kolejne negatywne skutki dla jakości obrazu - m.in. przejawiające się gorszym odwzorowaniem przejść tonalnych. Po trzecie, charakterystyka widmowa lamp nie pozwala na uzyskanie pełnej przestrzeni barwnej NTSC, którą bez problemu osiągały starsze monitory i telewizory CRT. Dopiero wspomniane wyżej, ledwo co wchodzące na rynek panele z podświetleniem LED, zaczynają dysponować szerszą przestrzenią barwną dochodzącą do 90-95% przestrzeni NTSC- patrz: ramka "Technologia LCD nie daje za wygraną"

Plastik, który świeci

Wyżej wymienionych wad monitorów ciekłokrystalicznych pozbawione są świecące ekrany bazujące na polimerach elektroluminescencyjnych LEP (Light Emitting Polymers), które od samego początku wymieniane są przez specjalistów jako technologia, która zastąpi niedoskonałe panele LCD. Polimery LEP emitujące światło pod wpływem przyłożonego do nich napięcia znane są od ponad 100 lat. Są to substancje nazywane przez chemików polimerami o układach sprzężonych (conjugated polymers) i należą do nich np. polipirol czy polianilina. Jednak dopiero badania prowadzone od początku lat 70. ubiegłego wieku m.in. przez laureata nagrody Nobla Hideki Shirakawę nad właściwościami fizykochemicznymi domieszkowanego jonami poliacetylenu oraz polipropylowinylenu (PPV) i jego pochodnych takich jak cyjanopolipropylowinylenie (CN-PPV) umożliwiły skonstruowanie organicznych diod elektroluminescencyjnych OLED (Organic Light Emitting Diodes), które są stanie w miarę efektywnie przetwarzać energię elektryczną na światło. Pierwszą działającą diodę OLED zbudowali w 1980 roku Ching Tang oraz Steven Van Slyke - naukowcy pracujący dla firmy Eastman Kodak.

Pierwszy działający monochromatyczny ekran OLED zademonstrowała w 1996 roku firma Cambridge Display Technology. Jednak te pierwsze ekrany pozostawiały dużo do życzenia, zwłaszcza jeśli chodzi o efektywność świecenia. Dopiero dwa lata po pierwszym pokazie ekranu OLED, opracowano organiczne diody, które miały wystarczający współczynnik efektywności zamiany prądu elektrycznego na światło. Świeciły one w kolorze zielonym. Podobnie jak w wypadku tradycyjnych diod elektroluminescencyjnych, początkowo sporym problemem dla naukowców okazała się trwałość polimerowych układów elektroluminescencyjnych oraz uzyskanie materiału emitującego niebieską barwę niezbędnego do uzyskania pikseli pracujących w trzech barwach podstawowych (czerwonej, zielonej i niebieskiej) niezbędnych do uzyskania kolorowych wyświetlaczy. Ten ostatni kłopot rozwiązano, stosując odpowiednie filtry barwne RGB.

OLED od podstaw

Szybki rozwój technologii OLED można zacząć datować od rok 2000. Wówczas to tajwańska firma RiTEK Display Technology rozpoczęła budowę fabryki produkującej monochromatyczne, działające jeszcze w odcieniach zieleni, wyświetlacze OLED do telefonów komórkowych. Technologią OLED zainteresowały się zaś w tym czasie takie firmy jak LG Electronics, NEC, Samsung, Toshiba, TDK, Philips, Motorola, Seiko, Epson, Sony i Sanyo.

Na rezultaty zainteresowania się wielkich producentów ekranami OLED nie trzeba było długo czekać. Już w tym samym roku firma Cambridge Display Technology, wraz z koncernami Seiko oraz Epson opracowała 2,5-calowy kolorowy wyświetlacz OLED do telefonów komórkowych. Potrafił on wyświetlać 65 tys. kolorów. Pierwszy kolorowy telewizyjno-komputerowy wyświetlacz OLED pojawił się w maju 2001 roku. Był to 13 calowy ekran firmy Sony o rozdzielczości 800×600 pikseli. Również wiosną tego roku inżynierom z firmy TDK udało się wyprodukować pierwsze niebieskie diody OLED-a, a w październiku Samsung zaprezentował bazujący na OLED-ach telewizor o przekątnej ekranu 15,1 cala.

W 2002 roku pojawiły się pierwsze panele AMOLED (Active Matrix OLED) z aktywną matrycą sterującą opracowaną przez Kodaka - o których za chwilę. W tym roku rozpoczęła się również seryjna produkcja telefonów komórkowych przez firmy LG i Samsung ekranami OLED, a fabrykę firmy RiTEK opuściła milionowa kolorowa organiczna matryca. W 2003 roku pierwszy OLED trafił zamiast wyświetlacza LCD do cyfrowego aparatu fotograficznego. Tą pionierską cyfrówką był Kodak EasyShare LS633. Rok 2003 okazał się dla historii OLED-ów szczególny z jeszcze jednego powodu, a mianowicie rozpoczął się dobrze znany z rynku telewizorów LCD wyścig producentów, o to kto zaprezentuje monitor o jak największej przekątnej ekranu. Rozpoczęła go w marcu firma IDTech prezentując 20-calowy telewizor OLED, a już maju Sony pokazała 24,2 calowy panel bazujący na polimerach elektroluminescencyjnych. Niecały rok później Seiko i Epson zaprezentowały zaś ekran o przekątnej 40 cali.

Praktycznie w 2004 roku technologia OLED była już okrzepła i gotowa do wdrożenia na masową skalę. Zwiększono trwałość paneli z około 14 tys. godzin w roku 2002 do obecnych 50, a nawet 100 tys. godzin. Co więcej, w 2005 roku firmie Uuniversal Display Corporation udało się opracować trwałe i wydajne niebieskie diody OLED. W tym czasie wyświetlacze OLED jako znacznie bardzie energooszczędne i dające lepszy kontrast obrazu i większą jasność zaczęły już na masową skalę trafiać do urządzeń mobilnych, aparatów fotograficznych, odtwarzaczy MP3 i MP4 oraz telefonów komórkowych. W tym czasie gotowe już były prototypy monitorów komputerowych i telewizorów, w tym modele generujące obraz o rozdzielczości Full HD (1920×1080 pikseli). W tym samym czasie rozpoczęły się też inwestycje w fabryki wyświetlaczy OLED dla urządzeń mobilnych, które obecnie są w stanie łącznie produkować miesięcznie od kilku do kilkunastu milionów wyświetlaczy OLED o przekątnych od 2 do 10 cali.