V tomto blogovém příspěvku se blíže podíváme na koncept „clony“, který má významný vliv na výkon OLED displejů, a na problémy, které vznikají při nízké cloně.
OLED (Organic Light Emitting Diode) označuje organický materiál, který vyzařuje světlo specifické barvy, když je na vrstvu LED diody přivedena elektrická energie. OLED přitahuje v nedávné technologii displejů velkou pozornost díky své vynikající kvalitě obrazu, nízké spotřebě energie a tenkému a flexibilnímu displeji. OLED je navíc samosvíticí displej, který nevyžaduje samostatné podsvícení, což umožňuje tenčí a lehčí provedení.
Nejzákladnější RGB-OLED se skládá ze tří subpixelů, které emitují tři základní barvy světla – červenou, zelenou a modrou – a tvoří tak jeden pixel. Subpixely tvoří vícevrstvou strukturu, která se skládá z katody, která injektuje elektrony, vrstvy emitující světlo, kde se setkávají elektrony a díry a produkují světlo, a anody, která injektuje díry. Na straně anody (+) je umístěn tenkovrstvý tranzistor (TFT), který funguje jako jakýsi ventil pro každý subpixel, aby blokoval nebo umožňoval průchod proudu a reguloval jeho množství. Když jsou všechny subpixely vypnuty, vzniká černá barva, a když jsou všechny zapnuty, vzniká bílá. Úpravou množství proudu do subpixelů a vhodnou kombinací množství světla lze vyjádřit různé barvy.
Jaký je tedy princip světla emitovaného z vrstvy emitující světlo? Stav, ve kterém je energie nejnižší a elektrony jsou stabilní, se nazývá „základní stav“. Když je do základního stavu přivedena energie nad určitou úroveň, elektrony se přesunou ze svých původních pozic a stanou se vysoce energizovanými, což se nazývá „excitovaný stav“. Elektrony v excitovaném stavu mají tendenci se stabilizovat, takže se vracejí do základního stavu. V tomto bodě elektrony emitují energii rovnající se rozdílu energie mezi excitovaným a základním stavem, tj. energii, která byla aplikována k jejich přechodu ze základního do excitovaného stavu. Když TFT tranzistory umožňují průtok proudu, elektrony v excitovaném stavu se pohybují směrem ke kladné elektrodě, zatímco díry se pohybují směrem k záporné elektrodě a setkávají se ve vrstvě emitující světlo. Ve vrstvě emitující světlo se elektrony spojují s dírami a stabilizují se, aby se dostaly do základního stavu, a většina energetického rozdílu mezi excitovaným a základním stavem se přemění na světelnou energii.
Barva světla emitovaného každým subpixelem je určena „pásmovou mezerou“ organického materiálu ve vrstvě emitující světlo. Pásmová mezera se vztahuje k rozdílu energetických hladin mezi orbitou s nejvyšší energií (HOMO) vyplněnou elektrony a orbitou s nejnižší energií (LUMO), kterou lze elektrony vyplnit. Když je na elektrony v základním stavu v HOMO aplikována energie větší než pásmová mezera, excitované elektrony se přesunou do LUMO a kombinují se s dírami. Elektrony poté uvolní energii a vrátí se do základního stavu, čímž emitují světlo s vlnovou délkou odpovídající pásmové mezeře. Čím větší je pásmová mezera, tím více energie je potřeba k emitaci světla, takže organické materiály s velkou pásmovou mezerou mají kratší životnost než materiály s malou pásmovou mezerou.
OLED se dělí na podsvícení a přední osvětlení v závislosti na tom, kam je emitováno světlo generované ve vrstvě emitující světlo uprostřed. Když je světlo emitováno směrem k anodě, nazývá se to podsvícení, a když je emitováno směrem ke katodě, nazývá se to přední osvětlení. V případě podsvícení musí katoda fungovat jako vrstva pro vstřikování a odraz elektronů, proto se používá směs stříbra a hořčíku, které mají nízkou výstupní práci a jsou neprůhledné. Na druhou stranu se pro anodu používá sloučenina india a oxidu cínu (ITO), která má opačné vlastnosti. Když však světlo prochází TFT umístěným u katody, část světla je blokována TFT a nemůže uniknout, což má za následek snížení clony. Clona je poměr plochy, ze které může světlo skutečně uniknout, k celkové ploše jednotkového pixelu. Když je clona vysoká, množství emitovaného světla je při stejném proudu větší, což má za následek vyšší jas. Z tohoto důvodu vede snížení clony ke snížení jasu a pro dosažení určité kvality obrazu je nutné vyzařovat světlo, které je o množství ztraceného jasu jasnější, což má negativní vliv na životnost organického materiálu.
Aby se zvýšil poměr clony, vyžaduje se pro zvýšení světelného poměru vyzařujícího světlo směrem ke katodě (bez použití TFT) použití kovů, jako je zlato nebo platina, které mají vysokou pracovní práci a mohou působit jako reflexní vrstva, na anodě a vysoce průhledného materiálu na katodě. Pokud se však na katodě použije ITO, je pracovní práce vysoká, což ztěžuje snadné uvolňování elektronů. Nakonec se pro katodu musí použít kov s nízkou pracovní prací a vysokou průhledností a pro zvýšení průhlednosti musí být kov tenčí. Pokud je však katoda tenčí než určitá tloušťka, povrchový odpor se zvyšuje a když se odpor zvyšuje, napětí generované v každé poloze panelu se mění, což má za následek vedlejší účinek snížené uniformity obrazovky.
Typickým řešením tohoto problému je využití jevu mikrorezonance. Část světla generovaného ve vrstvě emitující světlo prochází průsvitnou katodou, ale část se od katody odráží směrem k anodě, kde se opět odráží. Odražené světlo se vzájemně interferuje a způsobuje jev mikrorezonance. V důsledku jevu mikrorezonance dochází při setkávání vln se stejnou fází ke konstruktivní interferenci, která zesiluje intenzitu vln, a při setkávání vln s opačnými fázemi dochází k destruktivní interferenci, která vlny oslabuje nebo eliminuje. Díky tomuto jevu mikrorezonance se zvyšuje intenzita světla, což vede k vyššímu jasu. V důsledku toho nejsou ke zlepšení jasu potřeba vysoké proudy, což prodlužuje životnost OLED diod. Kromě toho se zesilují pouze vlnové délky, které odpovídají podmínkám, a vlnové délky, které neodpovídají podmínkám, se ruší, čímž se zužuje spektrum a zvyšuje se čistota barev.
