Selles blogipostituses vaatleme lähemalt „ava suhte” mõistet, millel on OLED-ekraanide jõudlusele oluline mõju, ja probleeme, mis tekivad siis, kui ava suhe on madal.
OLED (orgaaniline valgusdiood) viitab orgaanilisele materjalile, mis kiirgab kindla värvi valgust, kui LED-i valgust kiirgavale kihile rakendatakse elektrienergiat. OLED on oma suurepärase pildikvaliteedi, madala energiatarbimise ning õhukese ja painduva ekraani tõttu pälvinud viimase aja ekraanitehnoloogias palju tähelepanu. Lisaks on OLED isevalgustuv ekraan, mis ei vaja eraldi taustvalgustust, võimaldades õhemaid ja kergemaid disainilahendusi.
Kõige lihtsam RGB-OLED koosneb kolmest alampikslist, mis kiirgavad kolme põhivärvi valgust – punast, rohelist ja sinist –, moodustades ühe piksli. Alampikslid moodustavad järjestikuse mitmekihilise struktuuri, mis koosneb katoodist, mis süstib elektrone, valgust kiirgavast kihist, kus elektronid ja augud kohtuvad valguse tekitamiseks, ja anoodist, mis süstib auke. Anoodi (+) poolel asub õhukese kilega transistor (TFT), mis toimib iga alampiksli jaoks omamoodi klapina, et blokeerida või lubada voolu läbimist ja reguleerida voolu hulka. Kui kõik alampikslid on välja lülitatud, tekib must ja kui kõik on sisse lülitatud, tekib valge. Alampikslite vooluhulga reguleerimise ja valguse hulga sobiva kombineerimise abil saab väljendada erinevaid värve.
Mis on siis valgust kiirgava kihi kiirgava valguse põhimõte? Seisundit, kus energia on madalaim ja elektronid stabiilsed, nimetatakse "põhiseisundiks". Kui põhiseisundile rakendatakse teatud tasemest kõrgemat energiat, liiguvad elektronid oma algsest asendist ja saavad suure energia, mida nimetatakse "ergastatud olekuks". Ergastatud olekus elektronidel on kalduvus stabiliseeruda ja nad naasevad põhiseisundisse. Sel hetkel kiirgavad elektronid energiat, mis on võrdne ergastatud oleku ja põhiseisundi energia vahega, st energiaga, mida rakendati nende tõstmiseks põhiseisundist ergastatud olekusse. Kui TFT-d lasevad voolul voolata, liiguvad ergastatud olekus elektronid positiivse elektroodi suunas, samal ajal kui augud liiguvad negatiivse elektroodi suunas ja nad kohtuvad valgust kiirgavas kihis. Valgust kiirgavas kihis ühinevad elektronid aukudega ja stabiliseeruvad, saavutades põhiseisundi ning suurem osa ergastatud oleku ja põhiseisundi energia erinevusest muundatakse valgusenergiaks.
Iga alampiksli kiiratava valguse värvuse määrab valgust kiirgavas kihis oleva orgaanilise materjali „keelduvus“. Keelduvus viitab energiatasemete erinevusele elektronidega täidetud kõrgeima energiaga orbiidi (HOMO) ja madalaima energiaga orbiidi (LUMO) vahel, mida elektronid saavad täita. Kui HOMO-s põhiolekus olevatele elektronidele rakendatakse keelduvusest suuremat energiat, liiguvad ergastatud elektronid LUMO-sse ja ühinevad aukudega. Seejärel vabastavad elektronid energiat ja naasevad põhiolekusse, kiirgates valgust lainepikkusega, mis vastab keelduvusele. Mida suurem on keelduvus, seda rohkem energiat on vaja valguse kiirgamiseks, seega on suure keelduvusega orgaanilistel materjalidel lühem eluiga kui väikese keelduvusega materjalidel.
OLED-id jagunevad taustvalgustuseks ja esivalgustuseks olenevalt sellest, kuhu keskel asuvas valgust kiirgavas kihis tekitatud valgus kiiratakse. Kui valgus kiiratakse anoodi suunas, nimetatakse seda taustvalgustuseks ja kui see kiiratakse katoodi suunas, nimetatakse seda esivalgustuseks. Taustvalgustuse puhul peab katood toimima elektronide süstimise ja peegelduskihina, seega kasutatakse hõbeda ja magneesiumi segu, millel on madal tööfunktsioon ja mis on läbipaistmatud. Anoodina kasutatakse aga indiumi ja tinaoksiidi (ITO) ühendit, millel on vastupidised omadused. Kui valgus aga läbib katoodil asuvat TFT-d, blokeerib TFT osa valgust ja ei pääse välja, mille tulemuseks on ava suhe. Ava suhe on pindala, millest valgus tegelikult pääseb, ja ühikpiksli kogupindala suhe. Kui ava suhe on kõrge, on sama voolu korral kiiratava valguse hulk suurem, mille tulemuseks on suurem heledus. Sel põhjusel viib avaarvu vähenemine heleduse vähenemiseni ning teatud pildikvaliteedi saavutamiseks on vaja kiirata valgust, mis on kadunud heleduse võrra eredam, mis mõjutab negatiivselt orgaanilise materjali eluiga.
Ava suhte suurendamiseks, et saada TFT-deta katoodi poole suunatud valgust ettepoole kiirgav valgus, on vaja anoodil kasutada metalle, näiteks kulda või plaatina, millel on suur tööfunktsioon ja mis võivad toimida peegeldava kihina, ning katoodil väga läbipaistvat materjali. Kui aga katoodil kasutatakse ITO-d, on tööfunktsioon suur, mis raskendab elektronide hõlpsat vabastamist. Lõppkokkuvõttes tuleb katoodi jaoks kasutada madala tööfunktsiooni ja suure läbipaistvusega metalli ning läbipaistvuse suurendamiseks tuleb metall valmistada õhukese kihina. Kui katood on aga teatud paksusest õhem, suureneb pinna takistus ja takistuse suurenedes muutub paneeli igas asendis genereeritud pinge erinevaks, mille tulemuseks on ekraani ühtluse vähenemine kõrvalmõjuna.
Selle probleemi tüüpiline lahendus on mikroresonantsi fenomeni kasutamine. Osa valgust kiirgavas kihis tekkivast valgusest pääseb läbi poolläbipaistva katoodi, kuid osa peegeldub katoodilt anoodi poole, kust see uuesti peegeldub. Peegeldunud valgus interfereerub, põhjustades mikroresonantsi fenomeni. Mikroresonantsi fenomeni tõttu tekib sama faasiga lainete kohtumisel konstruktiivne interferents, mis tugevdab lainete intensiivsust, ja vastasfaasiga lainete kohtumisel tekib destruktiivne interferents, mis nõrgestab või kõrvaldab lained. Selle mikroresonantsi fenomeni kaudu suureneb valguse intensiivsus, mille tulemuseks on suurem heledus. Selle tulemusel ei ole heleduse parandamiseks vaja suuri voolusid, mis pikendab OLED-ekraanide eluiga. Lisaks tugevdatakse ainult tingimustele vastavaid lainepikkusi ja tingimustele mittevastavad lainepikkused tühistatakse, kitsendades spektrit ja suurendades värvipuhtust.
