2. Органічні й полімерні дисплеї

Ідея створення перших пристроїв відображення інформації на базі напівпровідникових матеріалів виникла на початку 80-х рр. XX ст., але не була реалізована через відсутність необхідних мате­ріалів. Ситуація змінилася з появою органічних матеріалів особ­ливої групи — тат; званих провідникових електролюмінесцентних полімерів. Основою для цих матеріалів є високомолекулярні спо­луки з молекулами, у яких є подвійні (або потрійні) зв’язки, що чергуються. У чистому вигляді вони не є провідниками заряду, оскільки електрони в них локалізовані за рахунок участі в утво­ренні сильних хімічних зв’язків. Для вивільнення електронів

застосовуються різні домішки, після додавання яких і з’являється можливість переміщення зарядів (електронів і дірок) уздовж моле­кулярного ланцюга. Виникають енергетичні зони валентності й провідності, розділені заборонною зоною. Так, полімери здобува­ють властивості напівпровідників. Ці матеріали мають всі ті самі властивості, що й неорганічні напівпровідники, тобто здатні утво­рювати р-п-перехід і — що особливо важливо — за певних умов випромінювати світло. Це дозволило створити комбіновані за принципом дії пристрої — випромінювальні діоди.

Щоб домогтися випромінювання світла, було спроектовано ор­ганічний аналог неорганічного діода (OLED — organic light emis­sion diode). Він складався із двох шарів — поліфенілєнвінілєна (polyphenylene-vinylene, PPV) і ціано-РРУ (CN-PPV), розміщених між напівпрозорим електродом (оксиди індію й олова), нанесеного на підкладку скла з одного боку, і металевого контакту — з іншого. Ці матеріали — PPV і ціано-РРУ — виступають не тільки як напів­провідники, але й як самоізолюючі полімери. Як показали до­слідження, CN-PPV добре підходить для транспортування елек­тронів завдяки більш низькому положенню дна зони провідності. Електричні характеристики матеріалів підібрано так, щоб елек­трони з CN-PPV і дірки з PPV збиралися уздовж границі контакту шарів, де й відбувається рекомбінація електронів і дірок з гене­рацією фотонів.

На сьогодні OLED-технологіями займаються кілька десятків компаній і університетів. Нові матеріали являють собою набагато складніші комбінації речовин порівняно з тим, що було на зорі цих

Рис. 4.15. Конструкція ОЬЕВ-дисплея: 1 — металевий катод; 2 — шари органічного напівпровідника; З — ІТО анод;

4 — скло; 5 — видиме світло

технологій. З’явилися нові хімічні формули базових ша­рів, що збагачують домішки, які відповідають кожна за свою частину спектра — чер­вону, синю, зелену. Адже, як і в традиційних ЕПТ- диспле­ях, OLED-екран являє собою матрицю, що складається з комбінацій чарунок трьох основних кольорів — черво­ного, синього й зеленого (рис. 4.15). Залежно від того, який колір потрібно одержа­ти, регулюється рівень

напруги на кожній з чарунок матриці, і в результаті змішування трьох відтінків утворюється шуканий колір.

Отже, структура OLED-чарунки багатошарова. Зверху OLED- панелі розташовується металевий катод, знизу — прозорий анод. Між ними розташовано кілька органічних шарів, що, власне, і складають світлодіод. Один шар служить джерелом дірок, дру­гий — напівпровідниковим каналом, третій шар транспортує елек­трони й, нарешті, у четвертому шарі відбувається заміщення дірок електронами, що у світловипромінювальних полімерах супровод- жується світловим випромінюванням.

Як і РКІ-екрани, OLED-дисплеї бувають активними й пасивни­ми. Останній тип побудований як найпростіший двовимірний ма­сив пікселів у вигляді перетинних рядків і стовпчиків. Кожне таке перетинання являє собою OLED-діод. Щоб змусити його випро­мінювати світло, керуючі сигнали подаються на відповідний рядок і стовпчик. Чим більша подана напруга, тим вищою буде яскра­вість піксела. Напруга потрібна досить висока, до того ж подібна схема, як правило, не дозволяє створювати більші екрани, що складаються більш ніж з мільйона пікселів.

Що стосується активної матриці, це все той же двовимірний ма­сив з перетинних стовпчиків і ліній, але цього разу кожне з перети­нань являє собою не тільки світловипромінювальний елемент, або OLED-діод, але й керуючий ним тонкоплівковий транзистор. Ке­руючий сигнал посилається вясе на нього, а він, у свою чергу, «запам’ятовує», який рівень світності потрібний від чарунки й, до­ки не буде дано іншої команди, справно підтримує цей рівень стру­му. І напруга в цьому випадку потрібна набагато нижча, і чарунка набагато швидше реагує на зміну ситуації. Зазвичай тут викорис­товуються тонкоплівкові польові транзистори — TFT (Thin Film Transistor) на базі полікристалічного кремнію.

Серед розроблюваних різновидів дисплеїв є оригінальний варі­ант із прозорим екраном — TOLED (Transparent OLED), зі збіль­шеним коефіцієнтом контрастності. Такі пристрої можуть засто­совуватися в салонах автомобілів (монітор на вітровому склі), шоломах і окулярах-моніторах. Ще одна конструкція передбачає розташування субпікселів TOLED «бутербродом» — SOLED (Stacked OLED), що дозволить створювати повиокольорові моні- тори високої роздільної здатності. І, нарешті, можливі «гнучкі» екрани FOLED (Flexible OLED), а точніше кажучи, екрани, вико­нані на гнучкій підкладці, спектр застосування яких може бути якнайширшим.

Таким чином, є всі підстави думати, що у РКІ-технології з’я­вився дуже серйозний конкурент. Дійсно, технологію OLED ек­сперти часто розглядають як потенційну заміну не тільки РКІ-мо- ніторів, але й плазмових панелей. Справа в тому, що OLED-дисплеї мають цілий ряд істотних переваг. Вони споживають менше енер­гії, не вимагають додаткового підсвічування й при цьому забезпе­чують підвищену яскравість, високу контрастність і частоту регенерації зображення, видимого до того ж під більшими кутами огляду. Крім того, OLED-пристрої, відповідно до тверджень прихильників цієї технології, мають менший час відгуку й тому краще пристосовані для швидко мінливого зображення.

Важливим фактором зростання популярності OLED-дисплеїв може стати також собівартість масового виробництва, що базу­ється на застосуванні тонкоплівкових технологій і стандартних літографічних процесів. Така комбінація може забезпечити низькі витрати й високу надійність усього виробничого процесу. Приваб­ливим є й те, що такі монітори працюють при напрузі живлення всього кілька вольт і мають дуже малу масу й товщину.

Слід зазначити, що на відміну від FED, дисплеї на OLED уже сьогодні набули значного поширення. В основному це невеликі ек- ранчики з безпосередньою адресацією (пасивна матриця) для ки­шенькових електронних пристроїв, таких як стільникові телефо­ни, МРЗ-плеєри, цифрові фотокамери, иаладонні комп’ютери й т. ін. Першим із цієї категорії комерційним OLED-приладом був монохромний дисплей для автомобільного приймача, що випус­кався фірмою Pioneer з 1997 р. Однак провідні світові компанії працюють також над дисплеями телевізійного формату, і в 2000 р. Sony продемонструвала перший у світі 13-дюймовий OLED-дис- плей на активній матриці (AMOLED) з дозволом SVGA, у цьому ж році Samsung показав свій 15-дюймовий XGA AMOLED-дисплей. Досягненням 2005 р. у створенні плоских дисплеїв за даною тех­нологією є 40-дюймовий прилад фірми Samsung, що має роздільну здатність 1280 х 800 точок, контрастність 5000 : 1, яскравість

о

600 кд/м , а також добрі кути огляду й малу товщину.