[P30world Exclusive] نسل آینده صفحه های نمایش اا Organic Light Emitting Diods

این مقاله توسط Stream و به طور اختصاصی برای P30world نوشته شده و استفاده از آن در سایتها و انجمن های دیگر بدون ذکر منبع، نویسنده و لینک فعال به این تاپیک ممنوع است.

----------------------- Organic Light Emitting Diods اا نسل آینده صفحه های نمایش -------------------

در این مقاله به بررسی تکنولوژی استفاده شده در نسل آینده صفحه های نمایش، یعنی نمایشگرهای OLED خواهیم پرداخت.


اطلاعات عمومی درباره نمایشگرهای OLED:

یک OLED یا Organic Light Emitting Diod به LED هایی گفته می شود که لایه الکترولومینسانس خروجی (ٍEmissive Electroluminescent Layer) آنها توسط مواد آلی (Organic Compounds) ساخته شده. این لایه معمولا از یک سطح پلیمر تشکیل شده که امکان رسوب مواد آلی (Organic Compunds) را فراهم می کند. رسوب کردن این مواد آلی در سطرها و ستون ها توسط یک عملیات چاپ کردن انجام می شود و نتیجه بوجود آمدن پیکسل هایی است که می توانند نورهای مختلفی را ساتع کنند.

Organic Compounds یا مواد آلی به موادی گفته می شود که در ساختار مولکولی کربن (C) داشته باشند. به دلیل اینکه اکسید های کربن، کربنات ها، آلیاژ ها و بلور های کربن خواص Organic از خود نشان نمی دهند در شاخه Inorganic قرار می گیرند. برای اطلاعات بیشتر درباره خواص این مواد می توانید به مقاله های "شیمی آلی" یا "Organic Chemistry" مراجعه کنید.

OLED ها می توانند در صفحه های نمایش تلویزیون، مانیتورهای کامپیوتر، موبایل ها، PDA ها و سایر دستگاه های قابل حمل استفاده شوند. OLED ها حتی توانایی فراهم کردن روشنایی به عنوان منابع نور را هم دارا می باشند.

مهمترین برتری OLED ها نسبت به نمایشگرهای LCD عدم نیاز به نور پیش زمینه یا Backlight است چون OLED ها خود توانایی ساتع کردن نور را دارا می باشند. به همین دلیل مصرف انرژی OLED ها نسبت به نمایشگرهای LCD بسیار پایین تر بوده و این یک فاکتور بسیار مهم در دستگاه های قابل حمل خواهد بود.

ساختار پیکسل های OLED:

در شکل زیر ساختار یک پیکسل ساده OLED را مشاهده می کنید.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

همانطور که مشاهده می کنید از یک صفحه فلزی (معمولا آلومینیوم یا کلسیم) به عنوان کاتد (Cathode) و صفحه اکسید ایندیم-قلع (Indium-tin Oxide) به عنوان آند (Anode) استفاده شده است.

بین آند و کاتد سه لایه دیگر وجود دارد:

1. Electron Transport Layer یا ETL
2. Organic Emitters
3. Hole Injection Layer یا HIL

لایه ها از جنس مولکول های آلی تشکیل شده اند که رسانای الکتریکی هستند. میزان رسانایی آنها بین مواد رسانا و مواد نارسانا متغیر است؛ به دلیل داشتن این خاصیت نیمه رسانایی به این مواد نیمه رساناهای آلی یا Organic Semiconductors گفته می شود. این مواد همانند نیمه رساناهای سیکیون (Si) توانایی Doping را دارند، از Doping برای بالا بردن کارایی نیمه رساناها استفاده می شود.

ولتاژ متغیر 2 تا 10 ولت بین آند و کاتد اعمال می شود، آند به قطب مثبت و کاتد به قطب منفی. به همین دلیل جریانی از الکترون ها از سمت کاتد به آند برقرار می شود. کاتد الکترون های خود را وارد Electron Transport Layer می کند و آند الکترون ها را از Hole Injection Layer جذب می کند. یعنی در لایه ETL الکترون های اضافی و در لایه HIL حفره (Hole) های اضافی وجود دارد.

بعد از مدتی چگالی بارهای منفی الکتریکی در لایه ETL و چگالی بارهای مثبت در لایه HIL بالا می رود و به دلیل بوجود آمدن میدان الکتریکی بین دو لایه الکترون ها و حفره ها به سمت هم می آیند. در Organic Semiconductors بر خلاف Inorganic Semiconductors حفره ها قابلیت حرکت بیشتری نسبت به الکترون ها دارند و به همین دلیل حفره ها سریعتر وارد لایه ETL می شوند و در نیمه پایینی این لایه هر حفره با یک الکترون پر می شود.

هنگام پر شدن حفره ها توسط الکترون یک تغییر در سطح انرژی الکترون رخ می دهد که باعث می شود این اختلاف انرژی بصورت یک سیگنال نور ساتع شود. به همین دلیل این قسمت از ETL را یک لایه جدید با نام Organic Emitters می نامند. فرکانس این سیگنال نور در ناحیه قابل مشاهده توسط چشم انسان است.

یکی از دلایل اینکه از اکسید ایندیم-قلع به عنوان آند استفاده می شود توانایی عبور دادن نور است. اکسید اینیدم-قلع به طرز بسیار مناسبی نور ساتع شده در لایه Organic Emitters را از خود عبور می دهد.

محاسن و معایب نسبت به صفحه های نمایش LCD:

با توجه به ساختار بسیار ساده پیکسل های OLED تولید اینگونه صفحه های نمایش بسیار ساده تر از صفحه های نمایش LCD یا Plasma است. OLED ها حتی می توانند بر روی سطوح بسیار ساده چاپ شوند و به همین دلیل هزینه تولید بسیار پایینتری نسبت به صفحه های نمایش LCD یا Plasma دارند.

بر همین اساس OLED ها را می توان بر روی سطوحی مانند مقوا یا لباس یا حتی کاغذهای معمولی چاپ کرد و صفحه های نمایشی بسیار نازک و زیبا را روانه بازار کرد.

در OLED ها به دلیل اینکه هر پیکسل خود ساتع نور است (بر خلاف LCD که هر پیکسل یک ----- است) روشنایی و کنتراست بسیار بالاتری نسبت به صفحه های LCD را در اختیار کاربر قرار می دهند.

به دلیل سطوح بسیار زیاد انرژی و تفاوت میزان چگالی بارهای الکتریکی لایه Organic Emitters پیکسلهای OLED قابلیت نمایش دامنه بسیار زیادی از رنگها (چندین برابر نسبت به LCD) را دارا می باشند.

به دلیل عدم نیاز به نور پیش زمینه پیکسلهای OLED نسبت به LCD انرژی بسیار کمتری مصرف می کنند و برای دستگاه های قابل حمل بسیار مناسب هستند. OLED ها قابلیت مدیریت مصرف انرژی بسیار بهتری نسبت به LCD دارند، چون در رنگ های تیره به سادگی می توان میزان نور ساتع شده را کم کرد (یا خاموش کردن پیکسل هنگام استفاده از رنگ سیاه) اما در صفحات LCD چون همیشه نور پیش زمینه وجود دارد فقط با کم کردن میزان نور پیش زمینه میتوان مصرف را پایین آورد.

چون نور ساتع شده توسط هر پیکسل مستقل از پیکسل های دیگر است زاویه دید این صفحات کاملا 180 درجه (90 درجه از هر طرف) بوده و هیچ وقت رنگها از زاویه های مختلف اشتباه دیده نمی شوند.

صفحات OLED زمان پاسخگویی بسیار پایینی دارند؛ در حال حاضر زمان پاسخگویی سریعترین صفحات LCD نزدیک به 2 میلی ثانیه است در حالی که صفحات OLED معمولی زمان پاسخگویی حدود 0.01 میلی ثانیه دارند.

اندازه پیکسل های OLED می تواند کوچکتر از پیکسل های LCD باشد به همین دلیل در یک صفحه می توان پیکسل های بیشتری را نسبت به LCD جا داد و صفحاتی با رزولوشن بالاتر تولید کرد.

تنها عیب جدی صفحات OLED کم بودن طول عمر آنهاست. پیکسل های OLED فعلی حدود 14.000 ساعت عمر می کنند. (583 روز در صورت استفاده 24/7 یا 3 سال و دو ماه در صورت استفاده 12 ساعت در روز) در حال حاضر Panasonic و TOSHIBA توانسته اند طول عمر صفحات OLED را تا دو برابر زمان فعلی افزایش دهند و هنوز هم راه هایی برای بالا بردن طول عمر وجود دارد.

سخن پایانی:

با توجه به محاسن بسیار زیاد OLED نسبت به LCD بزودی این صفحات در بسیاری از وسایل جایگزین LCD خواهند شد. در حال حاضر کمپانی های بزرگ سازنده صفحات نمایش برای پیشرفت OLEDسرمایه گذاری های بسیاری کرده اند و در چند سال آینده شاهد ورود گسترده صفحات نمایش OLED به بازارها خواهیم بود.

موفق باشید،
Stream

یعنی میتونه لمسی هم باشه

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

امروزه به دلیل افزایش جمعیت و مصرف بیش از پیش انرژی و استفاده بیرویه از منابع غیر قابل جبران، مردم کره زمین با کمبود جدی منابع انرژی مواجه شدهاند. این مسئله خود از دغدغههای اصلی پژوهشگران و سازندگان قطعات و وسایل گوناگونی میباشد که رابطه تنگاتنگی با مصرف انرژی دارد. از این رو شرکتهای تولید کننده کوشش میکنند تا مصرف انرژی در ابزار و وسایل ساخته شده را تا حد امکان کاهش دهند و همچنین تولیدات آنها از لحاظ زیست محیطی به نحوی با محیط طبیعی سازگاری داشته تا در هنگام بازیافت کمترین آسیب را به محیط زیست برساند.

با تکنولوژی OLED به زودی شاهد خواهیم بود که صفحات نمایشی ساخته میشود که با وجود ابعاد بسیار بزرگ، نازک و سبک هستند و مهمترین ویژگی آنها مصرف بسیار پایین انرژی است. تصور اینکه تلویزیونی در اندازه 80 اینچ، ضخامتی در حد 4 اینچ داشته باشد و بتوان به راحتی آن را خم یا لوله کرد بسیار جالب است. موادی که در ساختن این صفحات به کار میرود تا حد زیادی با محیط زیست سازگاری دارد و همچنین نه تنها مصرف انرژی در این وسایل بسیار اندک است بلکه تولید گرما و پخش نورهای اضافی در جهات گوناگون در این صفحات به میزان فراوانی کاهش یافته است.

OLED مخفف کلماتorganic light emitting diode است و به معنای دیودهای ارگانیکی پخش کننده نور میباشد. ارگانیک به مواد طبیعی گفته میشود که عاری از مواد صنعتی باشد. طراحی و ساخت OLED اولین بار در سال 1985 توسط محققی به نام Ching Tang اعلام گردید که در شرکت کداک (سازنده فیلم‌های دوربین) مشغول به کار بود. او متوجه شد هنگامی که به مولکولهای مواد ارگانیکی جریان الکتریسیته وارد شود از این مواد، نور سبز ساطع می­گردد، این مسئله، ایده اولیه تولید OLED را فراهم کرد.

در آینده تمامی صفحات نمایشی با تکنولوژی OLED ساخته میشود از مهمترین ویژگیهای آنها مصرف پایین انرژی است. یکی از دلایل کاهش مصرف انرژی در این صفحات حذف نور پسزمینه است. بیشتر انرژی مصرفی در تلویزیون­های LCD در جهت تولید و پخش نور پسزمینه مصرف میشود و در مورد شارژ باتری تلفنهای همراه نیز این مسئله صادق است. با حذف نور پسزمینه انرژی مصرفی تا حد زیادی تقلیل مییابد. صفحات OLED داری روشنی و وضوح بالایی هستند زیرا لایههای مواد ارگانیک بسیار نازک است و هادی خوبی برای جریان برق میباشند. در ساخت این صفحات از چندین لایهبندی استفاده میشود، از طرفی صفحات OLED مانند صفحات LCD دارای شیشه محافظ نیستند و این خود باعث می‌شود تا جذب نورهایی که در LCD صورت میگیرد در OLED وجود نداشته باشد و نور بدون واسطه به چشم بیننده برسد.

برای دیدن تصاویر OLED نیاز نیست فرد در محدوده مشخصی قرار گیرد بلکه میدان دید در این صفحات 170 درجه است. نور ساطع شده از صفحات OLED بسیار سبک است به همین دلیل به جای اینکه این صفحات محکم و شکننده باشند دارای قدرت انعطافپذیری بالایی هستند. با این تکنولوژی صفحات تلویزیون و کامپیوترها مانند پلاستیک شفافی خواهند بود که قابلیت خم شدن و لوله کردن را دارند. در ساخت OLED از فرآیندی به نام roll-to-roll (R2R استفاده میشود.

در آینده صفحات نمایشی OLED به عنوان بخش مهمی از کامپیوترهای پوشیدنی به کار برده میشوند. از مزایای آن قابلیت پوشش دادن و اتصال به پوست بدن و فرم گرفتن به هر صورت است. بدیهی است در مکانها و فضاهایی که تاکنون استفاده از صفحات نمایشی غیر ممکن بوده، OLED امکان استفاده گسترده مییابد زیرا ساخت این صفحات در ابعاد گوناگون هیچ محدودیتی ندارد. از ویژگیهای بارز OLED دوام آنهاست این صفحات نمایشی در مقابل ضربه، خراشیدگی و فرو رفتگی بسیار مقاوماند و امکان شکستگی در آنها بسیار نادر است.

گفته شده است، قطرات آب تنها موردی است که به این صفحات آسیب میرساند. صفحات نمایشی OLED ضخامت بسیار اندکی دارد به همین منظور کاربردهای گوناگونی خواهد داشت که نحوه ساخت هر کدام کمی متفاوت است. علاوه بر صفحات تلویزیون و مونیتور در نوتبوکها، لپتاپها و تلفنهای همراه، دستگاههای MP3 player، دوربینهای دیجیتالی، نمایشگرهای GPS و ... قرار میگیرند و باعث میشود تا این وسایل سبکتر و کوچکتر شوند و حمل و نقل آنها آسانتر گردد. کاربرد OLED در صفحات نمایشی کوچک در حد 3 اینچ بسیار زیاد است.

از دیگر کاربردهای OLED استفاده آن در HUD یا صفحات نمایشگری است که روی سر قرار میگیرد و اطلاعات مختلفی را در اختیار کاربر قرار میدهد. همچنین OLED را روی شیشه جلوی خودرو نصب میکنند و کاربر از آن به عنوان صفحه تلویزیون یا نمایشگر به منظور کسب اطلاعات گوناگون استفاده میکند. این صفحات به دلیل ضخامت اندک و قابلیت انعطافپذیری در صفحات نمایشی عینکهای واقعیت افزوده نیز کاربرد فراوان خواهند داشت. واقعیت افزوده مجموعه اطلاعاتی است که به طور طبیعی با حواس پنجگانه قادر به دریافت آنها نیستیم و با استفاده از عینکهای مخصوص میتوانیم به راحتی به آنها دسترسی یابیم.

پیکسلهای تشکیل دهنده صفحات OLED شامل ماتریکسی از سطر و ستون می‌باشد که هادی جریان الکتریسته هستند. بین سطرها و ستونها لایهای از مواد ارگانیکی وجود دارد که باعث انتقال جریان برق به طرف دیگر لایه می­شود. این جریان الکتریسیته باعث روشن شدن صفحه نمایش میگردد. قابل ذکر است که مواد ارگانیکی به کار رفته در OLED، هادی خوبی برای جریان برق هستند. OLED در واقع یک صفحه LED یا دیود پخش کننده نور است که لایه­ای از مواد ارگانیکی به آن افزوده شده است و در اثر جریان برق، نور تولید میکند؛ به عبارتی OLED از دو لایه اصلی تشکیل شده که عبارتست از:

• (light emitting polymer (LEP به معنای پلیمر پخش کننده نور
• (organic electro luminescence (OEL به معنای ماده آلی نور دهنده در اثر جریان الکتریسیته

صفحات OLED از چند لایه تشکیل شده است: لایه محافظ، لایه مواد ارگانیک (آلی)، لایه آند و لایه کاتد. لایههای ارگانیکی به منظور بهبود عملکرد صفحات OLED قابل افزایش هستند. بعد از برقراری جریان الکتریسیته در لایه کاتد، الکترونها به لایه ارگانیک هدایت میشوند؛ این لایه شامل ماتریکسی از سطرها و ستونهایی است که در سطحی مسطح قرار گرفته، در این لایه نور و رنگ ایجاد میشود؛ در آخرین مرحله لایه آند، الکترونها را به بیرون هدایت می­کند، این عمل باعث جریان یافتن برق و ایجاد شوک در مولکولهای ارکانیگی میشود و در نتیجه تابش نور را در پی خواهد داشت. لایه ارگانیکی از موادی مانندp-phenylene vinylene، لایه کاتد از آلومینیم و کلسیم و لایه آند از اکسید ایندیوم قلع ساخته میشود که باعث تولید نور شفاف میگردد.

مواد ارگانیک رنگهای سبز، قرمز و آبی را تولید کرده و همچنین از ترکیب آنها طیف رنگهای گوناگون در صفحه نمایشگر ایجاد میشود. قابل ذکر است که مواد ارگانیک در طول مدت زمانی که جریان الکتریسیته در آنها جریان دارد کمکم درخشندگی و شفافیت رنگهای ساطع شده از خود را از دست میدهند. این مسئله خود مشکلی اساسی در ساخت OLED میباشد. محققان مدت زمان کاهش یافتن درخشندگی این مواد به نصف را اندازهگیری کردهاند. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که درخشندگی و شفافیت نور ساطع شده از رنگهای قرمز و سبز بعد از 46000 ساعت، به نصف کاهش مییابد و رنگ آبی بعد از مدت زمان 14000 ساعت به این ناپایداری میرسد.

این بدان معناست که رنگ صفحات نمایشی بعد از گذشت زمانی مشخص به زرد تغییر مییابد. گفته شده که این مسئله بزرگترین مشکل در راه تولید OLED میباشد. پژوهشگران روی مواد آلی گوناگونی تحقیق میکنند تا طول عمر درخشندگی را تا حد امکان بالا ببرند، مهمترین مسئله یافتن مواد آلی است که بعد از برقراری جریان الکتریسته، رنگ آبی از آن ساطع شود و دارای عمری طولانی از لحاظ درخشندگی و شفافیت باشد. در نمایشگرهای LCD 90 درصد نور زمینه به رنگی خاص جذب میشود ولی با به کار بردن OLED از نوع PHOLED که به نام نمایشگر فسفری مشهور است، نزدیک به 100 درصد الکتریسته به نور تبدیل میشود و از طرفی عمر درخشندگی رنگهای آن افزایش یافته است.

این نوع جدید نمایشگرها که فسفری هستند روشنایی و درخشندگی نورهای آنها نسبت به OLED بیشتر است و طول عمر بیشتری نیز دارند. تحقیق و پژوهش در رابطه با OLED ادامه دارد و سازندگان آن درصدد به کارگیری این صفحات در داشبرد خودروها، بیلبردهای تبلیغاتی و انواع صفحات نمایشی کاربردی در منازل، دفاتر کار و فروشگاهها هستند همچنین روزنامههای آینده با این صفحات تولید خواهند شد، حسن این صفحات در این است که بعد از اتمام مطالعه، مانند کاغذ تا میشوند و در کیف یا جیب فرد جای میگیرند. سفید نوع دیگری از OLED است که نور سفید و شفاف پخش میکند.

این نور شفافتر و درخشندهتر از نوری است که از لامپهای فلورسنس ساطع میشود و چون در ابعاد متفاوت قابل ساخت و تولید هستند، میتوانند جایگزین لامپهای فلورسنس در منازل و فروشگاهها شوند. استفاده از آنها می­تواند هم در کاهش مصرف انرژی و هم در کاهش آلودگی محیط زیست مؤثر باشد علاوه بر این دوام و طول مدت عمر آنها نیز بسیار بالاست.

در حال حاضر به دلیل طی کردن مراحل گوناگون ساخت به صورت آزمایشی هزینه خرید هر گونه از صفحات OLED زیاد است ولی با گذشت زمان و کاربردی شدن آن در موارد گوناگون و نیز تولید آن در سطحی گسترده شاهد خواهیم بود که از لحاظ قیمت به تعادل رسیده و جایگزین مناسبی برای صفحات نمایشگر فعلی خواهد بود.
itna.ir