Wyświetlacze, w których matryce zbudowane są z organicznych materiałów, trudno już dziś uznać za nowość. Pierwszym gotowym produktem przeznaczonym do sprzedaży, w którym zastosowano ekran OLED, był palmtop Sony Clie PEG-VZ90. Urządzenie miało swój rynkowy debiut w 2004 roku – tak, dziesięć lat temu! Był dostępny wyłącznie na rynku japońskim, działał w oparciu o system Palm OS 5.2.1 i…. furory nie zrobił. Oczywiście trudno ów pierwszy komercyjny ekran OLED porównywać z dzisiejszymi telewizorami. Palmtop Sony miał ekran o przekątnej długości zaledwie 3,8 cala i rozdzielczości 480×320 pikseli (przy 16-bitowej palecie kolorów). Tymczasem dziś dostępne telewizory OLED cechują rozmiary rzędu 55 cali (nie licząc nietypowego urządzenia 11-calowego, także od Sony) i oferują znacznie lepsze parametry pod względem rozdzielczości, kolorów – krótko mówiąc – pod każdym względem. Jednak warto zwrócić uwagę na to, że nawet 10 lat obecności technologii OLED nie spowodowało odebrania prymatu urządzeniom ciekłokrystalicznym. A przecież historia OLED-ów ma początek znacznie wcześniej niż we wspomnianym roku 2004.
LCD a polimery przewodzące
W klasycznym telewizorze ciekłokrystalicznym bez względu na to, czy mamy do czynienia z matrycą LCD IPS, LCD TN czy jeszcze innym określeniem stosowanym przez producenta, to dopóki w urządzeniu zastosowano ekran ciekłokrystaliczny, dopóty trudno mówić o innym ekranie niż LCD. LCD ma strukturę warstwową, a każdy ekran tego typu charakteryzuje się tym, że wymaga podświetlenia. Pierwszą warstwą od wewnątrz jest właśnie element podświetlający – w tej roli obecnie powszechnie stosuje się diody LED – dopiero później światło, przechodząc przez kolejne warstwy, trafia na cząsteczki ciekłokrystaliczne, które w zależności od przyłożonego napięcia ustawiają się tak, by albo przepuścić światło (które dalej wędruje przez filtry koloru i ostatecznie w postaci zapalonych pikseli o odpowiedniej barwie pojawia się na ekranie), albo je zablokować. W przypadku ekranów OLED nie ma w ogóle podświetlenia: nie jest ono potrzebne, bo światło emitowane jest bezpośrednio przez otrzymujące odpowiednią energię organiczne elementy półprzewodnikowe – diody OLED. Pierwszym materiałem zastosowanym do budowy ekranów OLED był polifenylenowinylen – polimer, który po przyłożeniu napięcia emituje światło barwy zielonej, ewentualnie żółto-zielonej. Emisję światła przez tę substancję zaobserwowano już w 1989 w Laboratorium Cavendisha na Uniwersytecie
Cambridge.
LED a OLED
Zasadniczo zarówno w przypadku klasycznej diody elektroluminescencyjnej (LED), jak i diody OLED mamy do czynienia z tą samą zasadą działania. Przyłożenie energii elektrycznej do elementu powoduje emisję światła. Różnica tkwi jednak w szczegółach: diody LED są na tyle duże, że w ekranach urządzeń stosowanych w domach znajdują zastosowanie jedynie jako podświetlenie. Telewizor z podświetleniem LED wyposażony jest w co najwyżej kilkadziesiąt takich elementów, a tymczasem pikseli w przypadku rozdzielczości Full HD mamy ponad 2 miliony (dokładnie 2 073 600). Diody OLED mogą być znacznie mniejsze i faktycznie stanowić rzeczywisty budulec matrycy punkt po punkcie. Warto jeszcze pamiętać o tym, że pojedynczy piksel w ekranach OLED to wynik “pracy” trzech (a w telewizorach LG OLED nawet czterech) diod OLED. Każdy z elementów półprzewodnikowych odpowiada za emisję jednej z barw podstawowych: czerwonej (R), zielonej (G) i niebieskiej (B), a w telewizorach LG dodatkowo białej (W – White).
Prościej ale trudniej
Gdy porównamy ze sobą stopień komplikacji budowy ekranów LCD i ekranów OLED, wydaje się, że te drugie są znacznie prostsze – brak warstwy podświetlającej, brak warstwy polaryzacyjnej. Skąd zatem tak wysokie ceny telewizorów i w ogóle ekranów OLED? Uważni czytelnicy być może domyślają się już, w czym rzecz. Otóż wcześniej wspomnieliśmy o polifenylenowinylenie – jednym z pierwszym organicznych polimerów emitujących światło pod wpływem energii elektrycznej. Z tym że PPV świeci
na zielono (ewentualnie żółto-zielono), a w telewizorze potrzebujemy możliwie najszerszego zakresu barw z puli tych rejestrowanych przez nasz zmysł wzroku. Co zatem robią inżynierowie pracujący nad ekranami OLED? Bawią się w… chemików. Aby uzyskać pożądaną barwę światła emitowanego przez konkretną diodę OLED, stosuje się chemiczne domieszkowanie użytych polimerów. Pytanie, jakie substancje są wykorzystywane w tym procesie, pozostanie bez odpowiedzi, bo skład domieszek stanowi jedną z najbardziej strzeżonych tajemnic każdego producenta ekranów OLED.
Rozwiązaniem problemu jest nie tylko samo znalezienie właściwej barwy, ale również zbudowanie diody OLED, która po przyłożeniu do niej energii będzie emitowała światło dostatecznie długo. Kto nie spał na lekcjach fizyki, zdaje sobie sprawę, że poszczególne barwy światła są de facto falami elektromagnetycznymi o różnych długościach, a tym samym różnych energiach. Przykładowo uzyskanie barwy czerwonej na ekranie OLED wymaga mniejszej energii niż uzyskanie barwy niebieskiej. Z kolei różnice w wymaganiach energetycznych mają też wpływ na żywotność. Aby to lepiej zobrazować, posłużymy się przykładem dwóch świec: ta, która świeci jaśniej (emituje większą energię), będzie świecić też krócej. Oczywiście żaden z producentów nie chce, by nabywcy telewizorów OLED po, dajmy na to, roku przychodzili z reklamacjami, iż kolor niebieski nie jest już taki jak kiedyś. W ten sposób dochodzimy do kwestii, która najprawdopodobniej decyduje o tym, że wciąż nie ma tanich telewizorów OLED. Problem stanowi zapewnienie odpowiedniej trwałości przy akceptowalnym dla szerszej rzeszy konsumentów poziomie cen. Wprawdzie konstrukcja jest prostsza, ale i tak uzyskanie dostatecznie trwałych paneli OLED jest po prostu kosztowne. W ostatecznym rachunku może okazać się zbyt kosztowne.
Choć w przekazach marketingowych każdego producenta ekranów OLED znajdziemy mnóstwo argumentów przekonujących, że OLED to technologia przyszłości, że niebawem rynek zostanie wręcz zasypany nowymi modelami urządzeń z ekranami wykonanymi w opisywanej technologii, trudno dać temu wiarę, gdyż tego typu frazesy powtarzane są przez wytwórców od lat.
OLED – ktoś chciał za bardzo
Gdy nie wiadomo o co chodzi, zazwyczaj chodzi o pieniądze. W tym przypadku jednak nie tylko. Z jednej strony ceny telewizorów OLED w zestawieniu z cenami pozostałych telewizorów korzystających z tradycyjnych technologii generowania obrazu są istotnie bardzo wysokie, z drugiej brak dużej oferty rynkowej może oznaczać, że zabawa w chemika (domieszkowanie organicznych polimerów w celu uzyskania odpowiednich barw i jednocześnie zapewnienia odpowiednio długiej trwałości diody OLED) nie do końca się wytwórcom udaje. Pozostaje jeszcze kwestia samego procesu produkcyjnego i jego efektywności. Nieoficjalnie przedstawiciele producentów telewizorów OLED przyznają, że o ile w przypadku ekranów LCD odsetek wadliwych egzemplarzy nie przekracza już dziś 1–2 proc., o tyle w przypadku ekranów OLED jest on… dziesięciokrotnie wyższy. Biorąc pod uwagę wysoki koszt panelu, mamy odpowiedź na pytanie, dlaczego na razie ekrany OLED rozpowszechniły się głównie w segmencie urządzeń mobilnych: 5-calowy ekran OLED jako nieudany odpad produkcyjny oznacza mniejszą stratę niż 55-calowa nieudana matryca organiczna.
Można oczywiście argumentować, że za małą popularnością stoi wysoka cena, jednak za pierwsze egzemplarze telewizorów 4K (ciekłokrystalicznych) również trzeba było zapłacić niebotyczne kwoty, ale już wiadomo, iż telewizory 4K będą szybko tanieć. Powodem jest ekonomia skali: coraz większa podaż, coraz większy udział w rynku przełoży się na popyt. Rodzi się pytanie, dlaczego przytoczona zasada nie dotyczyła OLED? Odpowiedź, do której nie przyzna się żaden producent, być może brzmi: nie umiemy jeszcze robić naprawdę trwałych OLED-ów…