Ekranowa rewolucja

Matryca LCD nie generuje sama z siebie światła, więc wymaga tylnego podświetlenia w postaci świetlówek bądź diod LED. Ciekłe kryształy sterują jedynie intensywnością świecenia poszczególnych pikseli, dzięki zmianie polaryzacji (wygaszaniu) przechodzącego przez nie światła. Umożliwiają to dwa polaryzatory – jeden przed, drugi za matrycą LCD. Za kolor danego piksela odpowiadają filtry: czerwony, zielony i niebieski, barwiące światło przechodzące przez daną komórkę ciekłokrystaliczną.

Super AMOLED to nowa generacja wyświetlaczy typu AMOLED. Te z kolei są pochodną rozwijanej od wielu lat technologii OLED. Diody OLED (ang. Organic Light Emitting Diode), podobnie jak diody LED, wykorzystują tzw. efekt elektroluminescencyjnej emisji światła. Na czym on polega?

Mówiąc w skrócie, niektóre materiały mają zdolność emitowania światła w chwili, gdy przepływa przez nie prąd. Jeśli w diodzie do uzyskania efektu elektroluminescencji stosuje się materiały półprzewodnikowe (np. krzem), mamy do czynienia z tradycyjną diodą LED. Jeżeli zaś użyje się związków organicznych, np. polimerów LEP (Light Emitting Polymers), jest to organiczna dioda OLED. Matryca złożona z wielu takich diod nazywana jest wyświetlaczem lub matrycą OLED. Pierwsze, jeszcze czarno-białe wyświetlacze OLED zbudowali 30 lat temu dwaj naukowcy z laboratoriów firmy Eastman Kodak: Ching W. Tang oraz Steven Van Slyke.

Konstrukcja i zasada działania wyświetlacza OLED, podobnie jak diody LED, jest dość prosta. Wystarczy zetknąć ze sobą dwa polimerowe półprzewodniki – jeden typu p, drugi typu n – i przepuścić przez taki układ prąd, by wyemitował światło. Co ważne, źródłem tego światła jest sam ekran, a nie, jak w powszechnie wykorzystywanych ekranach LCD, znajdujące się za ekranem podświetlenie w postaci świetlówek lub diod LED. Brak warstwy podświetlającej umożliwia skonstruowanie cieńszego urządzenia i dluższą pracę na bateriach, bo to właśnie podświetlenie ekranu zużywa znaczącą część energii w smartfonach.

Wyświetlacze OLED pod względem konstrukcji nie są zbyt skomplikowane. Wystarczą dwa polimery organiczne o właściwościach półprzewodnika typu n (np. PPV – polifenyleno-winylen) oraz typu p (np. CN-PPV cyjano-polifenyleno-winylen), które należy ze sobą zetknąć i przepuścić przez nie prąd elektryczny. Na skutek łączenia się nośników o przeciwnych ładunkach emitowane jest światło. Barwy, w zależności od konstrukcji, uzyskuje się albo odpowiednio dodając do polimeru dodatkowe domieszki, albo stosując barwne filtry RGB bądź konwertery fluorescencyjne.

Od lat największymi problemami technologicznymi, związanymi z budową i produkcją wyświetlaczy OLED, jest trwałość układu i uzyskanie odpowiedniej jasności. Poza tym znacznie łatwiej jest wyprodukować ekrany o małych przekątnych, w których wykorzystuje się tzw. polimery krótkocząsteczkowe. Kłopotliwe jest natomiast wytworzenie ekranów OLED o dużej powierzchni, w których trzeba wykorzystywać mniej trwałe polimery długocząsteczkowe. Większe rozmiary ekranu sprawiają, że nie można stosować nanoszenia polimerów LEP metodą próżniową i nanosi się je metodami podobnymi do druku, a do tego nadają się polimery długocząsteczkowe.

Obecnie produkcja dużych paneli OLED jest znacznie droższa niż monitorów LCD. Dlatego z wyjątkiem małych kilkucalowych ekranów do telefonów komórkowych, aparatów fotograficznych, urządzeń typu MID (przeznaczonych głównie do komunikowania się z internetem) ekrany OLED traktuje się jedynie jak ciekawostkę technologiczną.

Przykładowo, mimo iż producenci telewizorów przedstawiają prototypy modeli OLED, nawet o przekątnej 40”, na rynku ich nie znajdziemy. Pierwszy w sprzedaży OLED TV – Sony XEL-1 o przekątnej 11” – pojawił się na rynku blisko 3 lata temu. W tym roku Sony wycofał produkt z Japonii z powodu małego zainteresowania. W Polsce można go kupić za, bagatela, 5 tys. złotych.

• Matryca OLED Po jednej stronie półprzewodnikowego materiału odpowiedzialnego za emitowanie światła znajdują się przezroczyste elektrody, ciągnące się od lewej do prawej krawędzi, a na drugiej stronie są takie same paski elektrod, biegnące od góry do dołu – widoczne z góry tworzą kratownicę. Po przyłożeniu napięcia do poszczególnych pasków zapala się na ich przecięciu piksel. Kolorowe prostokąty (zielony, czerwony, niebieski) na rysunku to subpiksele. Dany piksel powstaje ze złożenia trzech barw podstawowych generowanych przez trzy sąsiednie subpiksele. Nad jednym subpikselem umieszczono kilka elektrod po to, by równomiernie świecił znajdujący się między nimi polimer.
• Matryca AMOLED Do każdego piksela jest przyporządkowana para elektrod oraz tranzystor, który odpowiada za włączenie przepływu prądu przez dany piksel, który wówczas świeci. Jest to taka sama zasada, jak w matrycach LCD, tyle że w tych drugich prąd służy do sterowania ustawieniem ciekłych kryształów. Pierwsze ekrany LCD miały matryce pasywne (działały tak samo jak OLED), a teraz pikselem steruje tranzystor.

Jedną z nowych odmian wyświetlaczy OLED są wyświetlacze AMOLED (ang. Active-Matrix Organic Light Emitting Diode). W tym typie wyświetlaczy, podobnie jak w matrycach LCD, do sterowania świeceniem pojedynczych pikseli wykorzystano cienkowarstwowe tranzystory TFT (Thin Film Transistor), umieszczone pod warstwą polimeru LEP. Analogicznie jak tranzystory sterujące komórkami ciekłokrystalicznymi w matrycach LCD.

Każdy z tranzystorów na polecenie procesora obrazowego włącza lub wyłącza prąd, decydując o tym, czy dany punkt ekranu świeci i z jaką jasnością, czy też nie świeci. W zwykłych matrycach OLED nie ma tranzystorów, są jedynie podłużne elektrody tworzące kratownicę. Po przyłożeniu napięcia do poprzecznych elektrod zapala się piksel znajdujący się na ich przecięciu (patrz ramka „Różnica w konstrukcji matryc OLED i AMOLED”).

Dzięki tranzystorowej konstrukcji wyświetlacz AMOLED jest znacznie lżejszy, cieńszy i wyświetla obraz o większej jasności oraz kontraście niż ekran OLED wcześniejszej generacji. Tranzystory cienkowarstwowe sprawiają, że ekran pobiera nawet do dwóch razy mniej prądu niż wcześniejsze, pasywne wyświetlacze OLED. Jest to bardzo ważne w urządzeniach mobilnych.

Ekran dotykowy w tradycyjnych telefonach komórkowych powstaje np. przez nałożenie na matrycę LCD, OLED czy AMOLED dodatkowej warstwy czułej na dotyk. Ponieważ jest ona oddzielnym elementem, pobiera prąd, zwiększa wagę i wymiary ekranu. Jednocześnie osłabia jasność świecenia ekranu.

Tych wad nie ma ekran Super AMOLED. Konstrukcja samego wyświetlacza i zasada jego działania jest taka sama jak AMOLED-u, ale na etapie produkcji z ekranem została zintegrowana warstwa dotykowa. Pozwala to budować jeszcze cieńsze, lżejsze i dłużej działające na bateriach dotykowe smartfony.