نگاهی به ساختار درونی فناوری OLED

نگاهی به ساختار درونی فناوری OLED

فناوری OLED،هم اینک نه فقط در تلویزیون،بلکه در بسیاری از نمایشگرهای اطراف ما مورد استفاده قرار می گیرد.به عنوان مثال می توان به ساعت های هوشمند،گوشی های موبایل و انواع گجت ها اشاره کرد. به هنگام بررسی تفاوت های ابزارهای همراه -چه در تلفن ها، چه تبلت و چه کتابخوان یا لپ تاپ ها- مهمترین مساله بر تفاوت در نمایشگرشان تمرکز دارد. تکنولوژی های صفحه نمایش موبایل ها چند نمونه هستند: OLED و AMOLED و LCD و e-ink 

نمایشگرهای Liquid Crystal Display یا LCD و نمایشگر های رتینا

کریستال مایع یکی از جذاب ترین موادی است که هم دارای قابلیت های مایع و هم جامد است. به همین دلیل استفاده از آن در یک وسیله الکتریکی بر این شرایط مولکولی تاثیر گذاشته و اجازه کم و زیاد کردن نور خروجی در یک پیکسل و ایجاد یک صفحه سیاه و سفید را می دهد.

اما در نمایشگرهای رنگی هر پیکسل به سه پیکسل جداگانه تقسیم شده که هر کدام وظیفه نمایش یا عدم نمایش رنگ های قرمز، سبز و آبی را دارند. برای ایجاد رنگ، مقدارهای متفاوتی از نور به هر زیرپیکسل تابانده می شود. اگر با دقت و از فاصله بسیار نزدیک به یک صفحه مانیتور LCD نگاه کنید، می توانید این زیرپیکسل های سه تایی را ببینید .

اپل در تکنولوژی Retina، از نوع خاصی از پنل های LCD بهره می برد که به in-pace switching (IPS) LCD شناخته می شوند. در این تکنولوژی زاویه دید تصویر بسیار بیشتر از LCD معمولی خواهد بود و همچنین انرژی کمتری مورد نیاز است. اما در مورد رتینا، مساله در واقع این است که اپل اندازه پیکسل ها را به حدی ریز کرده و تراکمشان را به حدی افزایش داده که به صورت عادی چشم انسان قابلیت تشخیص فواصل بین پیکسل ها را ندارد یا دیدن پیکسل ها بسیار مشکل است.

آشکارا مشخص است که برای ایجاد نور پشت هر فیلتر رنگی در یک صفحه LCD، به نور پس زمینه نیاز است. این کار معمولا توسط لامپ هایی فلورسنت و بازتاب دهنده های نوری خاصی انجام می شود. بخاطر حجم زیاد نور در صفحات LCD، رنگ مشکی در این صفحات کمی روشن تر از یک مشکی واقعی ظاهر می شود که باعث شفافیت کمتر در رنگ مشکی و رنگ های تیره در این پنل ها می گردد. همچنین LCDها انرژی بیشتری در مقایسه با صفحات مبتنی بر LED مصرف می کنند. و در مقام مقایسه هر چند که زاویه دید وسیع تری دارند، احتمال ایجاد پیکسل سوخته در آنها بیشتر است. هر چند که امکان ترمیم پیکسل های سوخته وجود دارد.

به هر حال ساخت LCD کماکان کمتر از همه انواع آن هزینه در بر دارد و معنی آن تولید بهترین پنل های موجود با هزینه ای مکفی در صورت استفاده از LCD است. در حال حاضر نمایشگر ابزارهایی مانند آیفون 5، آیپد ایر و نکسوس ۵ از نوع LCD است.

نمایشگر های Organic Light-Emitting Diode یا OLED

ال ای دی ها ابزارهای بسیار ریزی هستند که قدرت خروج نور تک رنگ را دارند. رنگ نور خروجی بستگی به موادی دارد که در ساخت دیود استفاده شده است. در ساخت LEDهای اولیه، استفاده از برخی فلزات در ساخت دیودها نورهای قرمز، سبز و آبی را نتیجه میداد.

در حال حاضر مزایای متعددی در نمایشگرهای LED وجود دارد: آنها مصرف انرژی کمتری در مقایسه با LCD دارند، کوچکتر و درخشان ترند و هر پیکسل به صورت یکتا قدرت تولید رنگ مشکی شفاف تری در مقایسه با LCD دارد.

اما LEDهای اولیه بسیار بزرگتر از آن بودند که بخواهند ظرافت کافی جهت استفاده در یک پنل قابل استفاده در ابزارهای موبایل را داشته باشند. هر چند که در ابعاد بیلبوردهای شهری، استفاده از آنها مناسب بود.

اما بر خلاف LEDها، OLEDها بر پایه کربن ساخته شده اند. ساختار مولکولی متفاوت کربن در مقایسه با فلزات، در اینجا اهمیت بسیاری دارد. اولین مزیت استفاده از کربن، امکان ساختن پنل های بسیار کوچک از نوع OLED است. به این معنی که می توان از پنل های OLED در ساخت نمایشگر موبایل ها استفاده کرد.

به این خاطر که در این نمایشگرها، هر پیکسل به تنهایی نور مورد نیاز خود را تامین می کند، تصاویر OLED بسیار بهتر از LCDها رنگ مشکی را نشان می دهند و البته به دلیل همین مساله استفاده مفید از انرژی برای تامین نور هر پیکسل، انرژی کمتری مصرف می کنند. البته OLEDها در کل گران تر از LCDها هستند.

ضمنا، بد نیست بدانید در صورت استفاده از پنل های OLED جهت نمایش تصاویر ثابت منجر به بروز مشکل در کیفیت رنگ های نمایش داده شده خواهد شد.

در حال حاضر در نمایشگر LG G Flex و Samsung Galaxy Round از OLED استفاده شده است.

AMOLED

(Passive-matrix organic light-emitting diode) دیود گسیل نور ارگانیک ماتریس منفعل، در این نوع صفحه ها نمایش لایه های آند و کاتد و لایه های آلی بصورت نوارهایی تولید شده که بصورت متقاطع (علامت "+") بر روی هم قرار گرفته‌اند که نقاط تلاقی آنها همان پیکسلهای صفحه نمایش محسوب می شوند که مدارات الکترونیکی خارجی به نوارهای آند و کاتد متصل شده‌اند. ساخت این نوع صفحات نمایش آسان است اما مصرف برق بیشتری نسبت به انواع دیگر آن دارند. اما برای نمایش متن و آیکون های کوچک و استفاده در وسایل کوچک مناسب بوده و کیفیت قابل قبول تری ارائه می دهند.

نمایشگرهای Active-Matrix OLED یا AMOLED

در حالیکه OLED ها انرژی کمتری در مقایسه با LCDها مصرف می کنند، تولیدکنندگان ابزارهای موبایل نیز همیشه به دنبال افزایش عمر باتری هستند و تکنولوژی Active Matrix OLED به آنها کمک می کند که بهتر به این هدف برسند. یک Active Matrix در واقع ترانزیستوری است که با ماتریس های OLED همخوان شده است. شاید این پیچیده و فنی به نظرتان برسد، اما درک آن واقعا ساده است: ماجرا این است که مداری که شدت جریان برق نور LEDها را تامین می کند با خود LEDها ساخته می شود. این مساله موجب کاهش موثر مصرف انرژی می شود که یک نمایشگر نیاز دارد. نتیجه، عمر باتری بیشتر در ابزارهایی است که از AMOLED استفاده می کنند. همچنین سرعت بازیابی صفحه در این نمونه ها بیشتر بوده و از آنها گزینه هایی ایده آل برای نمایش ویدئو و بازی ها می سازد.

بسیاری از محصولات شرکت سامسونگ مانند Galaxy S5 از نمایشگر Super AMOLED استفاده می کند که تکنولوژی تاچ را هم با این صفحات همخوان کرده است. نتیجه نمایشگرهای AMOLED نازکتر، پرنورتر و شفاف تری هستند. چرا که نیازی به اضافه کردن یک صفحه جداگانه روی نمایشگر برای دریافت فرمان های لمسی نیست.

E-Ink

اگر تا به حال کتابخوان آمازون (Kindle) و یا سایر ابزارها مانند Nook و Kobo را دیده باشید، باید بدانید که تکنولوژی استفاده شده در نمایشگر آنها از نوع E-Ink یا جوهر الکترونیکی است. مهمترین خصوصیت این صفحات، تک رنگ بودن و مصرف انرژی بسیار بسیار پایین و در حد صفر آنهاست.

نمایشگرهای E-Ink با انتقال بار الکتریکی بسیار ضعیفی به صدها هزار سلول ریز صفحه کار می کند. شارژ این سلول ها موجود تغییر حالت آنها شده و این تغییر در الگوهای مشخص و برای تعداد مشخصی از سلولها، موجب ایجاد کارکترها و نقش و نگار بر روی صفحه می شود.

نمایشگرهای E-Ink مزایای زیادی دارند. از جمله مهمترین آنها، خوانش خوب آنها توسط چشم انسان است. از آنجا که میزان نور خروجی آنها کم و در عین حال تفاوت رنگ بخش های صفحه در آنها زیاد است، این صفحات برای مطالعه در محیطی با نور معمولی ایده آلند. درست مانند کاغذ.

همچنین آنها از لحاظ مصرف انرژی بسیار کارامد هستند چرا که فقط در زمان صفحه زدن (تغییر محتوای نمایش داده شده) انرژی مصرف می کنند. به این خاطر است که اغلب کتابخوان هایی که از E-Ink استفاده می کنند تا چندین هفته به شارژ مجدد نیاز ندارند. در حال حاضر صفحات E-Ink تک رنگ چیزی عادی هستند، اما برخی شرکت ها در حال کار بر روی صفحات مبتنی بر E-Ink رنگی اند.

در حالیکه این صفحات بیشتر برای ابزاهای کتابخوان مانند کیندل کاربرد دارند، برخی از تلفن های هوشمند مانند Motorola F3 و سامسونگ Alias 2 از آنها بهره می برند.

دیود گسیل نور ارگانیک(organic light emitting diode) به اختصار OLED، نوعی از پلیمر نورافشان است که توسط سونی در سال 2004 به وجود امد و به نمایش همه گان در آمد . این صحفه نمایش معمولا داری جسم پلیمری است که اجازه میدهد ترکیبات آلی به خوبی در آن جمع شوند، این ترکیبات در ردیف‌ها و سطرهایی بر روی یک صفحه صاف حامل طی یک فرایند انتشار ساده قرار میگیرند، این مجموعه از پیکسل‌هایی تشکیل شده که می‌تواند نورهای مختلف با رنگهای متفاوت از خود ساطع کند. این گونه سیستم می‌تواند در صفحه تلویزیون صفحه کامپیوتر و صفحه وسایل قابل حمل مانند :موبایل، pocket PC قرار گیرد در موارد تبلیغاتی همچون بیل بردهای تبلیغاتی از آن استفاده میشود.OLED همچنین می‌تواند به عنوان منبع نور در محیط‌های عمومی استفاده شود . OLED معمولاً نور کمتری نسبت به LED -که ساختار جامد در آن استفاده شده -دارد. بد نیست بدانید که LEDبرای تشکیل منبع نور نقطه ای درست شده است.

اما از سال 2015 به بعد،تمرکز بر روی تقویت سامانه های روشنایی OLED آغاز شد تا بدین ترتیب با حفظ عمر مفید آن،بتوان شدت روشنایی پنل را افزایش داد.این افزایش شدت روشنایی پنل،علت دیگری هم داشت؛و آن نیز پشتیبانی از فناوری HDR بود. لایه‌های تشکیل دهنده OLED به شرح زیر هستند:

1.لایه محافظ

2.کاتد: ترمینال منفی گسیل الکترون

3.لایه ارگانیک: دو لایه رسانا و گسیل کننده نور

4.آند: ترمینال مثبت گسیل الکترون

شیوه کار OLED به زبان ساده؛

OLED نیز مانند LED نور را تحت روندی به نام الکتروفسفرواسنس گسیل می‌کند. در این روند:ابتدا منبع برق اختلاف پتانسیلی در مدار OLED ایجاد می‌کند، جریان از کاتد به آند در لایه‌های ارگانیک شارش می‌کند، کاتد الکترون‌ها را به لایه گسیل کننده می‌دهد، آند الکترون‌هایی که به لایه رسانا می‌رسد را خارج می‌کند، در مرز بین لایه رسانا و گسیل کننده، الکترون‌ها در فضاهای فاقد الکترون قرار می‌گیرد و در نهایت رنگ نور نیز با توجه به جنس لایه‌های ارگانیک تعیین می‌شود.تولید صحیح رنگ ها خصوصا در خانواده رنگ های آبی،یکی از مشکلات پیش رو در صنعت OLED بود که امروزه تقریبا بر آن فائق آمده اند.

برتری های OLED

1.ساطع کردن نور در OLED و عدم احتیاج به BACKLIGHTING (منبع نوری پشت صفحه LCD ) مهمترین برتری آن نسبت به نمایشگر کریستال مایع (LCD) است، که باعث کاهش مصرف انرژی و همچنین ضخامت و وزن کمتر OLED شده است.

2.لایه LCD شدت نور پس زمینه را گرفته و با نشت نور به سلول های مجاور باعث کاهش کنتراست می شود. اما OLED با تولید مستقل نور توسط هر سلول، علاوه برنداشتن مشکل زاویه دید مانند LCD، تصاویری شفاف با کنتراست عالی نمایش می دهد.

3.سرعت پاسخگویی OLED بسیار بالاست و برخلاف LCD مشکل واماندگی و محو شدن تصویر در نمایش صحنه های سریع را ندارد.

4.طیف های رنگ قابل پوشش در آن بسیار زیاد بوده و به عبارت بهتر تعدد رنگ های قابل دسترسی آن بیشتر از بسیاری از تکنیک های LCD است.تنها تکنیک قابل رقابت با آن،SUHD های سامسونگ هستند که از فناوری نقاط کوانتومی بهره می برند.

شروع به تولید انبوه تلویزیون های OLED

در ژانویه ۲۰۱۳ ، ال‌جی الکترونیکس نخستین تلویزیون تجاری بر پایه دیود گسیل نور ارگانیک (OLED) را روانه بازار کرد. صفحه تلویزیونی این نسل از نمایشگرها به نسبت تلویزیون‌های ال‌سی‌دی متداول و نمایشگرهای پلاسما بسیار نازک تر، کارآمدتر، تواناتر و واضح‌تر هستند.ال جی الکترونیک هم اکنون بزرگترین تولید کننده تلویزیون های OLED در جهان است.

تفاوت تلویزیون‌های ال سی دی با تلویزیون‌های ال ای دی در چیست؟ 

به طور خلاصه می‌توان گفت بیشتر تلویزیون‌هایی که به عنوان تلویزون ال ای دی LED TV  فروخته می شوند وجود خارجی ندارند،  پس LED چه می‌شود؟ این عبارت تنها یک حقه‌ی بازاریابی است و اگر فکر می‌کنید که صاحب یک تلویزیون LED در خانه‌تان هستید اشتباه می‌کنید. تلویزیون‌هایی که به آن‌ها LED گفته می‌شود در واقع فقط تلویزیون‌های LCD هستند که نور زمینه‌ی آن‌ها توسط LEDهای سفید تامین می‌شود. عبارت LED در این تلویزیون‌ها تنها مربوط به نحوه‌ی تامین نور پس زمینه (Backlit) می‌شود، نه چیزی بیشتر! در حالی که OLEDها تکنولوژی کاملاً متفاوتی دارند که در آن اصلا از نور پس‌زمینه استفاده نمی‌شود.

 تلویزون‌های معروف به ال ای دی در مقایسه با LCDهای معمولی مصرف انرژی پایین‌تری دارند، اما همچنان بیشتر از تلویزیون‌های OLED برق مصرف می‌کنند. همان طور که گفیتم OLED ها از مواد ارگانیک ساخته می‌شوند که شامل کربن است و این در صورت عبور جریان الکتریکی از خودش نور ساطع می‌کند. اگر بخواهیم با یک مثال ساده ال ای دی ها را با OLED مقایسه کنیم، می‌توانیم بگوییم که ال ای دی ها لامپ‌هایی بسیار کوچک‌اند، در حالی که OLED ها سطح‌های ریزی هستند که می‌توانند از خودشان نور ساطع کنند (روشن است که نمایشگر OLED از کنارهم قرار‌گرفتن میلیون‌ها عدد از این سطوح ساخته می‌شود.)

کدام شرکت‌ها به تولید OLED پرداخته‌اند؟

شرکت‌های ال‌جی و سامسونگ تلویزیون‌های OLED خود را در سال 2012 معرفی کردند؛ اما تنها شرکتی که تولید انبوه پنل‌های OLED در سایز بزرگ را شروع کرده ال‌جی است، سامسونگ به دلیل هزینه‌های بسیار بالای این تکنولوژی ظاهرا به این زودی‌ها قصد ندارد سراغ این پنل‌ها برود. سامسونگ با وجود اینکه یکی از تولیدکنندگان مطرح نمایشگر OLED ها است، اما تولید این نمایشگرها را تنها در سایز تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها دنبال می‌کند و از سال گذشته نیز مشخص کرد که تمرکز خود را بر روی SUHD ها گذاشته که خود به نوعی LCD هستند. 

مزیت فناوری OLED

نسبت کنتراست (Contrast Ratio) و بازه‌ی دینامیک (Dynamic Range) ، نمایشگر OLED بی‌نهایت است. نتیجه‌ی ملموس این اعداد و ارقام این است که تلویزیون OLED شما، رنگ سیاه تیره‌تری را به نمایش می‌گذارد، بطوریکه وقتی تصویر سیاهی در صفحه به نمایش دربیاید، نمایشگر از قاب سیاه پیرامون تلویزیون قابل تشخیص نیست و تمام بدنه یکپارچه به نظر می‌رسد. فناوری هیجان‌انگیز OLED به تلویزیون‌ها اجاز می‌دهد رنگ مشکی را به نحوی نشان‌دهند که دیگر تلویزیون‌های موجود در بازار نمی‌توانند. تلویزیون OLED می‌توانند با دقتی باور نکردنی لبه‌های تصویر را پردازش کند و حتی کوچکترین جزئیات آن را نشان دهد.

امروزه تولیدکنندگان (LCD ,LED) از دو پنل مختلف VA و IPS در تلویزیون‌های خود بهره می‌برند. برای مثال می‌توان به ال‌جی در استفاده از پنل‌های IPS و سامسونگ به عنوان بزرگ‌ترین مشتری پنل‌های VA  اشاره کرد. استفاده از پنل‌های IPS منجر به زاویه‌ی دید بالا می‌شود؛ اما این پنل‌ها توانایی نمایش غلظت رنگ‌ پنل‌های VA را ندارند. اما در OLEDها موضوع کاملا متفاوت است. این دسته از تلویزیون‌ها قادر هستند علاوه بر نمایش غلیظ و زیبای رنگ‌ها، زاویه‌ی دید بسیار بالایی به نمایش بگذارند که آرزوی هر پنل LCD است. با افزایش زاویه‌ی دید در تلویزیون‌های LCD رنگ‌ها شدت خود را از دست می‌دهند. اما این موضوع در نمایشگر LED بسیار کمتر است.

آینده تکنولوژی نمایشگرها

تکنولوژی های فعلی نمایشگرها در حال پیشرفت هستند و ما به دنبال اضافه کردن مزایای بیشتر در تکنولوژی آینده ساخت این صفحات هستیم. برای مثال استفاده از OLED در ساخت نمایشگرهای منعطف که در سال های اخیر نمونه های اولیه آن بارها دیده شده است، نتیجه برخی از پیشرفت ها در این حوزه است. موبایل هایی با صفحه نمایش های منعطف نمونه ای از  پیشرفت ها در زمینه این تکنولوژی می باشند.

همچنین صفحات شفاف نیز از جمله مواردی هستند که انتظار می رود در آینده شاهدشان باشیم. صفحات TOLED که از جنس OLED و به شفافیت شیشه هستند.

تکنولوژی Quantum-dot LED نیز از نمونه های جذاب آینده خواهد بود که پتانسیل های زیادی را در این حوزه نشان میدهد. یک صفحه نمایش از نوع Quantum-dot LED چیزی از جنس نانوکریستال های نیمه رسانا با قدرت پرداخت نور است که بسیار شفاف و با عمر مفید بالا هستند و قدرت نمایش تعداد بسیار زیادی از رنگ ها را دارند.

در نهایت نیز باید منتظر نمایشگرهای تمام رنگی E-Ink باشیم. تکنولوژی ای که در کتابخوان Kyobo دیده شد اما مدت کوتاهی پس از ساخت، روند تولید آن بخاطر عدم توان رقابت قیمتی و کارایی پایین متوقف شد. همچنین در حال حاضر در Hanvon C18 نیز از این تکنولوژی استفاده شده است که خرید آن در خارج از چین بسیار مشکل است.