Принцип построения OLED дисплея.

 

Основным элементом светодиодного экрана является светодиод, являющийся источником света [5].

Органические светодиоды OLED состоят из слоев тонкопленочных полимеров, имеющих различную проводимость. Структура OLED в двухслойной интерпретации приведена на рис. 3.1. Два полимерных слоя находятся между анодом и катодом, к которым приложено напряжение соответствующей полярности. Верхний (эмиссионный) слой наполняется электронами, испускаемыми катодом, которые устремляются к границе с нижним (проводящим) слоем. Анод забирает электроны из проводящего слоя, или, другими словами, отдает дырки в проводящий слой

           

1 – катод; 2 – эмиссионный слой; 3 – испускаемое излучение; 4 – проводящий слой; 5- анод.

 

Рисунок 3.1.Структура пикселя OLED

 

Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. При рекомбинации происходит понижение энергии электрона, которое сопровождается выделением электромагнитного излучения в области видимого света. Структура органического слоя и выбор анода и катода предназначены для максимизации рекомбинационного процесса в эмиссионном слое, таким образом обеспечивается максимальная светоотдача OLED устройства. В качестве материала анода обычно используется оксид индия, легированный оловом. Он прозрачный для видимого света и имеет высокую работу выхода, которая способствует инжекции дырок в полимерный слой. Общая толщина устройства меньше 200нм.

OLED дисплей имеет матричную структуру. Существует два основных типа OLED дисплеев - PMOLED и AMOLED. Различие между ними заключается в способе управления матрицей - это может быть либо пассивная матрица (PM) либо активная матрица (AM). Данные способы управления аналогичны тем, что использовались в ЖКД, описанных в главе 1.

PMOLED содержит полоски катода, органические слои и полосы анода. Анодные полоски расположены перпендикулярно катодным полоскам. В узлах пересечения катода и анода располагается светодиод, работающий как пиксель, излучающий свет. Внешняя схема подключает управляющий сигнал на выбранные полосы анода и катода, определяя, какие пиксели должны возбуждаться, а какие пиксели будут оставаться выключенными (рис.3.2.). Яркость каждого пикселя пропорциональна величине протекающего через него тока.

 

 

 Рисунок 3.2.Пассивная матрица OLED

 

PMOLED проще в исполнении, но они потребляют больше энергии, чем другие типы OLED, в основном за счет мощности, необходимой для внешних схем. PMOLED являются наиболее эффективными для воспроизведения текста и значков и лучше всего подходят для небольших экранов (2 - 3-дюйма по диагонали), таких, как те, которые можно найти в сотовых телефонах, КПК и MP3-плеерах. Даже с учетом внешних схем, OLED с пассивной матрицей потребляют меньше энергии, чем ЖКД.

AMOLED содержат слой катода, органический слой и анодный слой, причем анодный слой перекрывается массивом тонкопленочных транзисторов (TFT), который и формирует активную матрицу OLED (рис.3.3.). Массив TFT является схемой, которая определяет, какие пиксели возбуждать для формирования изображения. AMOLED потребляют меньше энергии, чем PMOLED, поскольку массиву TFT требуется меньше энергии, чем внешним схемам, так что они являются эффективными для больших дисплеев. У AMOLED выше частота обновления, подходящая для видео. Лучшими вариантами использования AMOLED являются компьютерные мониторы, телевизоры с большим экраном и электронные знаки или рекламные щиты.

Рисунок 3.3.Активная матрица OLED

Разновидностью этих типов дисплеев (PMOLED и AMOLED) являются прозрачные (TOLED), топ - излучающие (Top - Emitting OLED), складные (FOLED) и белые (White OLED).

Прозрачные OLED (TOLED) содержат только прозрачные компоненты (подложки, катод и анод) и, если они выключены, то устройство способно пропускать до 85 процентов света (рис.3.4.). Когда прозрачный OLED дисплей включен, он позволяет свету проходить в обоих направлениях. Прозрачный OLED дисплей может быть с активной или пассивной матрицей. Эта технология может быть использована для Heads-Up дисплеев (дисплей, предназначенный для отображения информации на лобовом стекле без ограничения обзора лётчика или водителя).

 

Рисунок 3.4. Прозрачный TOLED

 

Top-излучающие OLED имеют подложку  непрозрачную или отражающую (рис.3.5.). Для этих дисплеев лучше всего подходят активные матрицы. Производители могут использовать топ - излучающие OLED дисплеи в смарт-картах.

 

Рисунок 3.5.Топ-излучающий OLED

 

Складные OLED имеют элементы, изготовленные из очень гибкой металлической фольги или пластика. Складные светодиоды очень легкие и прочные (рис.3.6). Их использование в таких устройствах, как сотовые телефоны и КПК, может уменьшить поломки. Потенциально, складные OLED дисплеи могут быть прикреплены к ткани, чтобы создать «умную» одежду, например, верхнюю одежду выживания с интегрированным компьютерным чипом, сотовым телефоном, приемником GPS и OLED дисплеем пришитыми к нему.

 

 

Рисунок 3.6. Складные OLED

 

Белые OLED излучают белый свет, который ярче, более равномерен и более энергоэффективен, чем свет, испускаемый флуоресцентными лампами. Белые светодиоды также имеют более полноцветные качества освещения, чем лампы накаливания. Поскольку светодиоды могут быть сделаны в больших листах, они могут заменить люминесцентные лампы, которые в настоящее время используются в домах и зданиях. Их использование может потенциально снизить затраты на электроэнергию для освещения.

 

Управление матрицей OLED

 

Рассмотрим различные методы управления OLED более подробно. Выбор метода зависит от типа OLED: с пассивной матрицей или активной матрицей.

В отличие от ранее рассмотренных ЖК дисплеев, управление пикселями OLED осуществляется токовыми сигналами. Яркость свечения органического светодиода, как и любого другого светодиода, пропорциональна протекающему току. Эта зависимость нелинейная. На рис. 3.7, 3.8 приведены вольт-амперная и вольт-яркостная характеристики органического светодиода, соответственно.

.

 

 

Рисунок 3.7.Вольт – амперная характеристика OLED

Рисунок 3.8.Вольт – яркостная характеристика OLED

 

При использовании пассивной матрицы (PMOLED) управляющий сигнал коммутирует строку за строкой. Время выборки каждой строки фиксированное. Для управления яркостью пикселя дисплея необходимо дозировать ток в соответствии с величиной управляющего сигнала. Это можно сделать двумя способами. В первом при выборке строки используется фиксированное время для подачи тока, а на выходе драйвера столбца используется управляемый видеосигналом генератор тока. Во втором методе применяется генератор тока фиксированного максимального значения, а для модуляции тока используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Более широкое распространение получил второй, более простой и дешевый метод.

Более перспективной является OLED с активной матрицей управления (AMOLED), так как эти дисплеи обеспечивают более высококачественное цветное изображение. В AMOLED в отличие от PMOLED, где управляющий сигнал коммутирует строку за строкой, схема TFT действует как массив выключателей, который регулирует величину электрического тока, протекающего через каждый пиксель OLED (рис.3.9).

 

Рисунок 3.9 Эквивалентная схема OLED с активной матрицей

При поступлении сигнала на шину выбора строки управляющее напряжение с шины данных поступает на затвор второго транзистора. Транзистор преобразует это напряжение в ток для управления светодиодом. В качестве элемента памяти используется паразитная емкость затвора второго транзистора. Таким образом, массив TFT непрерывно управляет электрическим током, который протекает в светодиодах матрицы, сообщая каждому пикселю необходимую яркость.

Цветные пиксели имеют каждый свою нелинейную характеристику зависимости яркости от тока. Этот параметр определяется свойствами органических материалов и технологией производства. При формировании рабочих сигналов учитываются эти факторы. В столбцовых драйверах вводится модуль гамма-коррекции, в котором используется, табличный метод для преобразования входного видеосигнала в сигналы управления соответствующего цветного пикселя (рис.3.9). Тип функции для гамма – коррекции выбирается программно в зависимости от нелинейности светодиодов дисплея.

 

Рис.3.10. Преобразования при гамма – коррекции

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: