668_Mamchev_G.V._Tekhnicheskie_sredstva_TV_vehhanija_

Сегодня первостепенное значение приобретают работы по энергосбережению и устранению таких принципиальных недостатков плазменных устройств, как шум встроенной вентиляционной системы и остаточные изображения, которые могут сохраняться на экране после длительного просмотра неподвижных или несоответствующих формату 16:9 изображений. Так, уровень акустического шума почти всех плазменных воспроизводящих устройств нового модельного ряда удалось уменьшить до 22 дБ. Например, плазменные панели, выпускаемые фирмой SANYO (Япония), оснащены активной системой охлаждения с вентиляторами, которые включаются автоматически при превышении температуры внутри устройства отображения и меняют интенсивность вращения в зависимости от нее.

По мере расширения производства PDP фирмы-производители сосредоточились на снижении стоимости плазменных панелей и повышении их эффективности. С этой целью при изготовлении ПП используется многопанельная технология обработки на одной большой (материнской) подложке. Например, компании LG и Samsung начали с 8-панельной системы обработки. В отличие от TFTматриц плазменные панели можно изготавливать при низких температурах методом прямой печати. На новых линиях производства PDP используется более тонкое стекло толщиной 1,8 мм вместо 2,8 мм, что позволяет существенно снизить вес и стоимость изделий. Дорогой процесс напыления электродов из оксида олова можно заменить сравнительно дешевым CVD-методом (Chemical Vapor Deposition – химическое осаждение из паровой или газовой среды) на производственной линии с несколькими соединенными вакуумными камерами. Предпринимаются попытки заменить дорогие серебряные шины медными.

Впоследнее время значительно уменьшилась стоимость пластины фильтра, необходимой для обеспечения хорошей контрастности в яркоосвещенном помещении. Использование пленочных фильтров, нанесенных на стеклянные панели, представляет особый интерес с точки зрения снижения их стоимости. Специалисты компании Samsung Electronics изобрели новый тип пластины фильтра, которая блокирует отражение внешнего яркого света за счет использования решетки типа «жалюзи» внутри пластины. Потребовалось некоторое время на то, чтобы сделать ограждающие ребра ячеек плазменной панели достаточно тонкими и наладить коммерческое производство PDP стандарта Full HD. Метод пескоструйной обработки позволяет получить ребра шириной 45 мкм. Недавно появился еще один способ создания тонких ребер – метод копирования, предложенный компанией 3М. Изготовление реберной структуры по шаблону представляет собой весьма экономичный процесс.

Внастоящее время, когда у плазменных панелей появились тонкие ребра между отдельными ячейками и сократилось время отклика пикселей, стало возможным изготовление плазменных воспроизводящих устройств с разрешением стандарта Full HD размером 42 дюйма и менее.

Один из основных недостатков большеэкранных плазменных панелей заключается в их значительной массе. Например, одна из самых больших в мире

плазменная панель Panasonic TH-103PF9WK с разрешением Full HD, имеющая размер по диагонали 103 (около 262 см), весит 220 кг.

8.2. Устройство гибкого цветного OLED-дисплея

Технология OLED (Organic Light-Emitting Diode – органический светоизлучающий диод, ОСИД) – следующий этап на пути эволюции дисплеев.

Эра органических светодиодов началась в 1977 г., когда был открыт эффект электропроводности полимеров. За это открытие его соавторы Алан Хигер, Алан Мак-Диармид и Хидеки Ширакава были удостоены Нобелевской премии по химии за 2000 год. Дальнейшие исследования этого явления позволили специалистам Кембриджского университета обнаружить в 1990 г. свойство электролюминесценции у проводящих полимеров, что и привело к созданию полимерных органических светодиодов.

Рис. 8.10. Структура дисплея OLED-типа

Принципиальное отличие OLED-дисплеев от широко используемых в настоящее время ЖКЭ заключается в применении для формирования изображения органических веществ, излучающих свет под действием электрического поля. Другими словами, органические материалы, из которых изготовлен OLED-дисплей, становятся электролюминесцентными и излучают свет, когда через них проходит электрический ток. Благодаря этому в OLED-дисплеях отпадает необходимость в энергопотребляющей задней подсветке для создания яркого изображения, не используются поляризующие пленки и другие компоненты ЖКЭ, например, встроенные цветные фильтры. Например, за счет более простой структуры OLED-дисплеи можно сделать чрезвычайно тонкими и легкими. Кроме того, OLED-дисплеи могут работать от меньшего (по сравнению с ЖКЭ) напряжения, обладают низким уровнем энергопотребления и выделяют незначительное количество тепла.

Устройство OLED-дисплея иллюстрируется рис. 8.10 [44]. Структура полимерного OLED-экрана предельно проста. Каждая ячейка, соответствующая одному пикселю, представляет собой тонкий слой светоизлучающего полимера (совокупность нескольких тонких слоев органического вещества), расположенный между пересекающимися частями перпендикулярных друг другу прозрачного ITO (Indian-Tin Oxide) анода и металлического катода. Анод, изготовленный из прозрачного индий оловянного оксида, наносится на стеклянную подложку. В качестве материалов для катодного (светоотражающего)

слоя обычно используют Li-Al или Mg-Ag. Между слоем ITO и зоной, поставляющей дырки, может присутствовать буферный слой.

Рис. 8.11. Эквивалентная схема ОСИД

Эквивалентная схема ОСИД представлена на рис. 8.11. При подаче на анод положительного относительно катода напряжения возникает поток электронов, протекающий через многослойную пленочную структуру из органических полупроводников от катода к аноду. Анод, в свою очередь, забирает электроны из проводящего слоя, или отдает дырки. Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой – положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Этот процесс сопровождается испусканием электромагнитного излучения в области видимого света. Цвет свечения зависит от химического состава OLED, и, используя двумерный массив (матрицу) RGB-пикселей, можно создавать полноцветные экраны.

В отличие от данной упрошенной схемы, в реальных структурах могут вводиться дополнительные слои для повышения квантовой эффективности выхода, уменьшения деградации полимерной пленки и т. д. В процессе рекомбинации дырок и электронов не все излучение производится в видимом спектре. Для увеличения эффективности квантового выхода в состав полимера могут быть введены флюоресцирующие добавки, которые часть невидимого излучения преобразуют в видимый диапазон. С целью уменьшения фликкер-эффекта при развертке вводятся также фосфоресцирующие добавки.

Технологически полноцветные OLED-дисплеи изготавливаются следующим образом. Органические полимеры превращаются с помощью растворителя в жидкость, затем наносятся на подложку любых размеров специальным струйным принтером в виде точек, то есть пикселей. Чтобы получить необходимую точность изготовления дисплея, сначала методом фотолитографии на подложке создаются микроуглубления. Затем они заливаются (печатаются) последовательно красным, синим и зеленым полимером, образуя структуру RGB субпик-

Рис. 8.13. Влияние плотности проходящего тока на яркость излучения ОСИД

дисплеев используются субпиксели трех базовых цветов аддитивной модели смешения: красного (R), зеленого (G) и синего (В) (рис. 8.14) [46]. Балансируя между светоотдачей каждого используемого органического полупроводника, производитель ОСИД устанавливает относительную цветовую темпе-

ратуру (CCT – Correlated Color Temperature).

На основании произведенного колориметрического расчета ОСИД были получены следующие координаты вершин цветового треугольника (табл. 8.2) [47].

Соответствующий цветовой треугольник показан на рис. 8.15, из анализа которого следует, что OLED-дисплеи обеспечивают расширенный цветовой охват даже по сравнению со стандартом NTSC.

Рис. 8.14. Типичный спектр белого свечения ОСИД:( ), % – относительная энергия излучения

Рис. 8.15. Цветовой охват OLED-дисплея в сравнении с цветовым

охватом стандартом США (NTSC)

Особо следует отметить, что время от времени специалисты разных фирм экспериментируют с новыми вариантами конструкций OLED-дисплеев. Например, исследователи компании Universal Display предложили увеличить количество субпикселей до четырех (добавив к традиционно используемым красному, зеленому и синему еще и ярко-голубой) и сделать их разного размера. Как утверждают разработчики, это позволит, во-первых, сделать OLED-дисплеи более долговечными, а во-вторых, снизить количество потребляемой ими электроэнергии примерно на треть. Дело в том, что вещество, излучающее свет синего цвета, является самым недолговечным (по сравнению с веществами, излучающими свет красного и зеленого цветов) и к тому же обладает наименьшей световой эффективностью. Таким образом, наиболее критичным фактором, влияющим на продолжительность жизненного цикла OLED-дисплея с пикселями традиционной конструкции, является долговечность вещества, используемого в синих субпикселях. По мере старения дисплея в нем неизбежно исчезают синие оттенки.

В компании LG также предложили использовать четыре субпикселя. По мнению разработчиков, к традиционной триаде необходимо добавить субпик-

сель белого света. Как утверждают специалисты LG, это позволит увеличить срок службы дисплея до 30 тысяч часов без ущерба для его технических характеристик (яркости, контрастности).

Технологию изготовления OLED-дисплея, при которой для каждой из трех RGB-составляющих применяется собственный полимер, непосредственно излучающий свет нужного цвета, называют True-RGB. В последнее время при изготовлении OLED-дисплеев стали использовать технологию, получившую назва-

ние WOLED-CF (White OLED with Color Filter – белый органический светодиод с цветным фильтром). В данном случае используются полимерные излучатели белого света и цветные фильтры точно такие же, как и у ЖК TFT-дисплеев. Применение новой технологии в значительной степени упростило конструкцию OLED-дисплеев. При этом изображения, воспроизводимые OLED-дисплеями, по качественным показателям не уступают качеству отображения лучших моделей ЖК-телевизоров.

С конструктивной точки зрения OLED-дисплеи представляют собой активную или пассивную матрицу с n-строками и m-столбцами, точно также как и у ЖК-дисплеев. Только вместо жидкого кристалла в OLED используется полимерная пленка с особыми свойствами. OLED, в отличие от ЖК-дисплея, является токовым, а не полевым прибором: яркость свечения изображения определяется силой тока, протекающего через элемент (пиксель), и не зависит от напряжения. В отличии от ЖК-дисплея, светомодулирующего устройства, OLED является светоэмиссионным прибором. Элементом изображения в OLED-дисплее является органический микросветовод, то есть диод. Причем органический слой находится между ортогональной системой электродов – катодов и анодов.

В случае пассивной матрицы каждая точка дисплея (субпиксель) представляет собой диод, и для того, чтобы заставить ее светиться, ток должен подаваться на строку и столбец матрицы (рис. 8.16). Для воспроизведения цветного изображения используется интегральная матрица n m (rgb), представленная RGB-элементами. В отличие от ЖК устройств, управление пикселями в OLEDдисплеях осуществляется токовыми сигналами.

Реализация пассивной адресации проще и дешевле, чем активной. Основной недостаток пассивной матрицы заключается в низкой светоотдаче по сравнению с активной матрицей. При пассивной адресации 30…35 % подводимой мощности теряется на сопротивлении анодных и катодных дорожек, еще 17…25 % – из-за утечки тока по столбцам. Например, для того чтобы получить

Рис. 8.16. Эквивалентная схема пассивной адресации OLED-дисплеев

Существенный недостаток активной адресации – технологический разброс передаточных характеристик как адресующих, так и ключевых транзисторов по площади дисплея, приводящий к разнояркости пикселей. Технологическими ухищрениями решить эту проблему пока не удается, поэтому для пассивноадресуемых и активноадресуемых OLED-дисплеев была разработана система самокалибровки, которая ранее не применялась ни в одном из матричных дисплеев.

Система устроена следующим образом: драйверы столбцов содержат встроенные АЦП, измеряющие величину реального тока в цепи светодиода, которая и определяет его яркость. Характеристики материала светодиода заранее известны и заложены в память управляющего контроллера. Контроллер на некоторое время переводит драйвер в режим калибровки. При этом производится последовательное сканирование всех строк матрицы с одним и тем же управляющим напряжением по шинам данных (столбцов). Реальный ток, протекающий через светодиод каждого элемента изображения, будет определяться многими факторами: разбросом передаточных характеристик транзистора адресации и ключевого транзистора, локальными токами утечки и сопротивлением токовых шин.

Значение тока, измеренное для каждого пикселя, считывается контроллером, и по нему вычисляется поправочный коэффициент, который запоминается в памяти, доступной контроллеру. Это требует наличия нескольких уровней (слоев) видеопамяти. Часть слоев хранит значение интенсивности каждого цвета, а другая – поправочные коэффициенты. При развертке контроллер производит умножение данных видеобуфера на поправочные коэффициенты.

Процесс самокалибровки происходит периодически и незаметно для глаз пользователя. В программе видеоконтроллера заложены поправки на деградацию элементов изображения и токоведущих электродов, а также температурную зависимость яркости дисплея.

Система самокалибровки может работать и с цветными дисплеями, светодиоды которых имеют различные передаточные характеристики. При этом производится калибровка для каждого из цветных массивов светодиодов.

Таким образом, решение проблем, связанных с технологическим разбросом характеристик управляющих элементов OLED-дисплеев (неоднородность, артефакты, температурные зависимости) и деградацией структур, возлагается на драйвер. Это позволяет удешевить технологию изготовления самих OLEDдисплеев, сделав ее достаточно простой и массовой, а осуществить реализацию драйверов со встроенной архитектурой управления OLED-дисплеями при достигнутом на сегодня уровне технологии не составляет проблемы. И подобные драйверы уже реализованы.

По своим характеристикам современные органические тонкопленочные полевые транзисторы не уступают стандартным, изготовленным из пленок аморфного кремния.

OLED-дисплеи с активной адресацией матрицы получили название

AMOLED (Active Matrix OLED)-устройств.

Благодаря безынерционности включения пикселей в AMOLED-телевизо- рах легко реализовать повышенную частоту смены кадров без получения эффекта стробирования изображений непосредственно на телевизионном экране.

Известно, что пленки напыляемых органических полупроводниковых материалов очень восприимчивы к водяному пару и кислороду, поэтому необходимо защищать OLED-дисплеи от их воздействия. Существуют два способа герметизации приборов с ОСИД-структурой – вакуумирование и заполнение инертным газом. До сих пор стеклянная подложка ОСИД являлась единственным прозрачным материалом, который защищает внутреннюю структуру ОСИД от влаги и воздуха. Однако в настоящее время ведутся работы по созданию пластмассовой подложки, обеспечивающей необходимую защиту. Такая подложка позволит изготовлять гибкие и пластичные OLED-дисплеи. Например, компания Sony продемонстрировала OLED-дисплей, изготовленный на гибкой подложке толщиной всего 20 мкм. При этом толщина самого дисплея составляет лишь 80 мкм. Благодаря использованию управляющих транзисторов, изготовленных из органических полупроводниковых материалов, этот дисплей можно сгибать и даже скручивать в рулон без ущерба для его работоспособности (минимальный радиус изгиба составляет 4 мм).

Основные достоинства OLED-дисплеев заключаются в следующем:

Высокая разрешающая способность, обусловленная возможным размером одного пикселя в пределах 0,005 мм.

высокая скорость срабатывания, обусловленная временем переключения ОСИД за одну микросекунду, что соответствует частоте обновления изображения в 1 МГц.

Широкий диапазон отображаемых цветов. Может быть воспроизведено до 16 миллионов цветов, требуемых для воспроизведения телевизионных изображений.

Высокая яркость воспроизводимых изображений, находящаяся в пределах от нескольких десятков до 2000 кд/м2.

Высокая контрастность, необходимая для хорошего восприятия отображаемой визуальной информации при прямом солнечном освещении. Практически достижимый уровень контрастности находится в пределах от 300:1 до 5000:1.

Эффективный угол обзора изображений на экране OLED-дисплея находится в пределах 160…180 .

Сравнительно низкое управляющее напряжение, находящееся в интервале

2…10 В.

Низкая стоимость изготовления OLED-дисплеев в условиях серийного производства. В принципе, OLED-дисплеи можно печать при помощи специализированных струйных принтеров.

малая толщина OLED-дисплея. При использовании пластмассовой подложки толщиной 0,7 мм OLED-дисплей практически будет иметь толщину в преде-

лах 1,4…2 мм.

Широкий температурный диапазон. ОСИД устойчиво работают в температурном диапазоне –50…+70 С.