OLED технология

Федеральное агенство по образованию

Российский государственный университет

Имени Иммануила Канта

Кафедра автосервиса

Курсовая работа

OLED технология.

Выполнил:

Студент 3 – его курса

Факультета Сервис

Швиндт Денис Владимирович

Научный руководитель - 

доцент Нордин В.В.

Калининград 2010.

Оглавление

Введение……………………………………………………………………3

1. История......................................................................................................4

2. Как это работает?...................................................................................4-7

3. Производство………………………………………………………….7-9

4. Основные направления исследований разработчиков

OLED-панелей…………………………………………………………10-12

5. Возможные пути использования OLED технологии……………..12-13

6. Цель использования OLED технологии…………………………...13-14

7. Конкурент OLED пленки………………………………………………15

8. Объем рынка OLED дисплеев к 2012году…………………………….16

Заключение…………………………………………………………….17-18

Список использованных источников……………………………………19

Введение:

Автомобилестроение – это та отрасль машиностроения, которая постоянно развивается. Сейчас человечество живет в так называемом информационном обществе; цель информационных технологий состоит в ускорении процессов обработки информации, а, следовательно, - в разработке сверхновых машин, имеющих максимальную скорость и максимум удобств, и автомобилестроение является той областью, в которой используются только сверхновые информационные технологии.

Развитие максимальных скоростей, достижение высокого уровня комфорта, обеспечение автотранспорта передовыми достижениями информационных технологий, - вот приоритеты современного автомобилестроения. Так же современные технологии предоставляют широчайший выбор комплектующих, которые созданы на отличных друг от друга идеях.

В последнее время в автомобилестроении проявилась тенденция, свидетельствующая, что в настоящее время автомобиль должен быть:

А) Экономичен

Б) Эргономичен

В) Удобен

Г) Компактен

Д) Современен

Идеей данной работы является “создание” концептуально иного подхода к методу предоставления(изображения) необходимой информации автовладельцу с учетом современных тенденций.

Представьте, что все ваши лобовое и задние стёкла автомобиля - это большой дисплей, на котором может отражаться все что угодно. В настоящее время активно развивается технологии, которые бы позволили осуществить эту идею.

Среди них, меня заинтересовала OLED технология. На данный момент она активно применяется в других сферах приборостроения, но мне кажется в будущем и автомобилестроение будет использовать достижения на основе OLED технологии.

Целью данной работы является:

1)     Объяснение сделанного мною выбора.

2)     Отразить сущность технологи.

3)     Сравнить с другими возможными методами решения этой проблемы.

4)     Анализ вариантов применения данной технологии.

5)     Анализ экономической составляющей.

Итория:

Технология OLED (Organic Light Emitting Diode) сравнительно молодая – о ней впервые заговорили менее двадцати лет назад. Тогда, в 1987 году, двумя исследователями из компании Kodak Чином Тангом и Стивом ван Слайком был продемонстрирован новый класс органических соединений, которые прекрасно подходили для создания тончайших светодиодов. Особенности этих материалов заключались в том, что при пропускании через них электрического тока, они начинали испускать весьма яркий свет. В 1989 году собственными исследованиями над электролюминесцентными материалами занялись также ученые из Кембриджского университета, которые впоследствии организовали одну из крупнейших фирм по производству OLED-устройств – Cambridge Display Technology. Разработанная технология очень быстро проскочила этап от первых научных исследований до появления работоспособных устройств. Для сравнения, между открытием жидких кристаллов как вещества и появлением первых прототипов индикаторов на их основе прошло без малого восемьдесят лет. Первое серийное устройство с OLED-дисплеем появилось на свет в 1998 году, это была автомагнитола с монохромным (желто-черным) экранчиком размером 256х64 точек. Первый полноцветный дисплей был представлен годом позже, и с тех пор совершенствование технологии уже не останавливалось ни на минуту. На сегодняшний день к разработкам в данной сфере подключились практически все крупные производители дисплеев, так что насчет скорого перехода на новую технологию уже не возникает и вопросов.

Как это работает?

Технология OLED-дисплеев во многом напоминает LCD. Экран точно так же представляет собой матрицу из однотипных ячеек, где каждый OLED-излучатель напоминает своеобразный “бутерброд”. Снизу находится стекло (или другая подложка), на него наносится слой прозрачного анода, за ним следует слой органического вещества и сверху все это накрывается катодом.

Конечно, такая схема довольно условна и допускает различные вариации, например, нередко между анодом и светоизлучающим слоем добавляют еще один дополнительный органический слой. При подаче напряжения анод и катод начинают одновременно инжектировать дырки (положительные заряды) и электроны (отрицательные заряды) в органический слой, где происходит их рекомбинация, в результате чего выделяется энергия, большая часть которой высвобождается в форме света. При этом такая структура имеет очень высокий коэффициент полезного действия, так как основная часть энергии тратится непосредственно на свечение. А отсюда следует и весьма низкое энергопотребление. Также оказалось крайне просто управлять яркостью, которая напрямую зависит от величины напряжения. Минимальное свечение начинается при напряжении от 2-2.5 В, а при 10 В яркость достигает уже 1000 кд/кв.м (кандел на квадратный метр).

По способу адресации ячеек OLED-дисплеи, так же как и LCD, делятся на активные и пассивные. Сначала появились пассивные матрицы.

Пассивная матрица представляет собой массив анодов, расположенных строками, и катодов, расположенных столбцами. Чтобы подать заряд на определённый органический диод, необходимо выбрать нужный номер катода и анода, на пересечении которых находится целевой пиксель, и пустить ток. Используется в монохромных экранах с диагональю 2-3 дюйма (дисплеи сотовых телефонов, электронных часов, различные информационные экраны техники).

Однако минусы пассивных матриц просто очевидны: постоянно требуется подавать довольно высокое напряжение, при этом качество изображения остается на низком уровне, а при попытках создать дисплеи с высоким разрешением возникают определенные технологические затруднения. Поэтому сейчас пассивные матрицы остались лишь в устройствах, в которых просто не требуется высокого качества картинки.

Гораздо более привлекательно смотрятся активные матрицы на тонкопленочных транзисторах (TFT).

В активных матрицах каждая ячейка уже обслуживается отдельным транзистором, на него достаточно всего лишь однократно подать напряжение, которое будет поддерживаться на заданном уровне до тех пор, пока не будет направлена новая команда.

При такой реализации сразу повышается качество изображения, уменьшается время отклика и пороговое напряжение, однако тут же увеличивается и себестоимость.

Для создания полноцветного изображения каждый пиксель, как и во всех современных дисплеях, формируется из трех ячеек: красного, зеленого и синего цвета. Но, в отличие от ЖК, задавать цвет каждой из них можно двумя принципиально разными способами. Проще всего сделать все светодиоды белыми, а цвет конкретной ячейки определять выбором одного из трех светофильтров, собственно, как это и делается в LCD-мониторах. Но ведь OLED-диоды испускают свет самостоятельно, причем с изменением химического состава органического материала изменяется и длина волны испускаемого света (именно по длине волны человеческий глаз опознает цвет). Таким образом, достаточно выбрать всего лишь три материала, дающих максимально чистый свет из красного, зеленого и синего диапазона, и использовать каждый из них для соответствующей ячейки, тогда не потребуется никаких светофильтров, и толщину экрана можно будет сделать еще меньше.

К сожалению, у такого подхода есть небольшой минус, заключающийся в том, что различные материалы отличаются не только длиной волны испускаемого света, но и долговечностью. В частности, хуже всего обстоят дела у «синих», которые выдерживают не более десяти тысяч часов – для сравнения, «зеленые» и «красные» могут продержаться до сорока тысяч. Но производители клянутся серьезно поработать над увеличением данных показателей.

Кстати, органика – крайне капризное вещество, любой контакт с окружающей средой не предвещает ничего хорошего. При попадании влаги ячейка просто-напросто разбухает, а при взаимодействии с кислородом – окисляется, что в любом случае ведет к нарушению работоспособности. Поэтому OLED-излучателю требуется обеспечить стопроцентную герметизацию.

Производство:

Все OLED-панели делятся на два класса по типу используемых органических материалов:

Кстати, как ни странно, по внешнему виду определить, к какому классу принадлежит дисплей, практически невозможно, и все различия носят исключительно внутренний характер.

В настоящий момент применяются три схемы для реализации цветных OLED:

- схема с раздельными цветными эмиттерами;

- схема WOLED + CF (белые эмиттеры + цветные фильтры);

- схема с конверсией коротковолнового излучения.

Самый первый и логичный вариант — с раздельными эмиттерами. Этот вариант и самый эффективный с позиции использования энергии. Однако он реализуется с определенными технологическими трудностями. Второй вариант проще в части создания белых эмиттеров, одинаковых для всех трех компонентов цвета, однако значительно проигрывает по эффективности использования энергии первому варианту. В третьем варианте (CCM — Color Changing Media) применяются голубые эмиттеры и люминесцентные материалы для преобразования коротковолнового голубого излучения в более длинноволновые — красный и зеленый.

Преимущества и недостатки разных вариантов цветовых схем OLED:

Сравнение двух классов дисплеев:

Стоит еще отметить исключительную особенность OLED в том, что дисплеи не обязательно создавать монолитными. Несколько панелей могут быть объединены в единую, причем место состыковки будет практически незаметным. Подобные решения были продемонстрированы, в том числе, компанией Sony на примере дисплея, состоящего из четырех «частей».

Температурный диапазон возможной работы OLED пленки:

Возможность работы в широком диапазоне температур – актуальный вопрос для транспортных дисплеев, которые должны работать от температур ниже нуля, до температур, которые превышают 80 °C. В то время как для жидкокристаллических дисплеев воздействие низких температур оказывается неблагоприятным, и обычно требуется использование подогрева подложки, приборы OLED хорошо работают даже при температуре -40 °C! При высоких температурах приборы OLED имеют допустимую рабочую температуру порядка 70 °C.

Основные направления исследований разработчиков

OLED-панелей:

Основные направления исследований разработчиков OLED-панелей, где на сегодняшний день есть реальные результаты:

1) PHOLED (Phosphorescent OLED) — технология, являющаяся достижением Universal Display Corporation (UDC) совместно с Принстонским университетом и университетом Южной Калифорнии. Как и все OLED, PHOLED функционируют следующим образом: электрический ток подводится к органическим молекулам, которые испускают яркий свет. Однако, PHOLED используют принцип электрофосфоресценции, чтобы преобразовать до 100 % электрической энергии в свет. К примеру, традиционные флуоресцентные OLED преобразовывают в свет приблизительно 25-30 % электрической энергии. Из-за их чрезвычайно высокого уровня эффективности энергии, даже по сравнению с другим OLED, PHOLED изучаются для потенциального использования в больших дисплеях типа телевизионных мониторов или экранов для потребностей освещения.

Потенциальное использование PHOLED для освещения: можно покрыть стены гигантскими PHOLED-дисплеями. Это позволило бы всем комнатам освещаться равномерно, вместо использования лампочек, которые распределяют свет неравномерно по комнате. Или мониторы-стены или окна — удобно для организаций или любителей поэкспериментировать с интерьером. Также к преимуществом PHOLED-дисплеев можно отнести яркие, насыщенные цвета, а также достаточно долгий срок службы.

2) TOLED — прозрачные светоизлучающие устройства TOLED (Transparent and Top-emitting OLED) — технология, позволяющая создавать прозрачные (Transparent) дисплеи, а также достигнуть более высокого уровня контрастности.

Прозрачные TOLED-дисплеи: направление излучения света может быть только вверх, только вниз или в оба направления (прозрачный). TOLED может существенно улучшить контраст, что улучшает читабельность дисплея при ярком солнечном свете.

Так как TOLED на 70 % прозрачны при выключении, то их можно крепить на витрины магазинов или для установки в шлеме виртуальной реальности. Также прозрачность TOLED позволяет использовать их с металлом, фольгой, кремниевым кристаллом и другими непрозрачными подложками для дисплеев с отображением вперед (могут использоваться в будущих динамических кредитных картах).

Прозрачность экрана достигается при использовании прозрачных органических элементов и материалов для изготовления электродов.

За счёт использования поглотителя с низким коэффициентом отражения для подложки TOLED-дисплея контрастное отношение может на порядок превзойти ЖКИ (мобильные телефоны и кабины военных самолетов-истребителей). По технологии TOLED также можно изготавливать многослойные устройства(например SOLED) и гибридные матрицы (Двунаправленные TOLED TOLED делает возможным удвоить отображаемую область при том же размере экрана — для устройств, у которых желаемый объём выводимой информации шире, чем существующий).

3) Staked OLED — технология экрана от UDC (сложенные OLED). SOLED используют следующую архитектуру: изображение подпикселов складывается (красные, синие и зеленые элементы в каждом пикселе) вертикально вместо того, чтобы располагаться рядом, как это происходит в ЖК-дисплее или электронно-лучевой трубке. В SOLED каждым элементом подпиксела можно управлять независимо. Цвет пиксела может быть отрегулирован при изменении тока, проходящего через три цветных элемента (в не цветных дисплеях используется модуляция ширины импульса). Яркостью управляют, меняя силу тока.

Преимущества SOLED: высокая плотность заполнения дисплея органическими ячейками, посредством чего достигается хорошее разрешение, а значит, высококачественная картинка.(В SOLED-дисплеях в 3 раза улучшено качество изображения в сравнении с ЖК и ЭЛТ).

4) FOLED (Flexible OLED) - являются органическими светоизлучающими устройствами, встроенными в гибкую поверхность. Плоские отображающие панели традиционно выпускались на стеклянной основе из-за структурных ограничений и/или ограничений технологического процесса. Гибкие материалы имеют существенные преимущества по сравнению со стеклянной основой.

Технология FOLED предлагает революционные особенности для дисплеев:

Гибкость: впервые FOLED-дисплеи могут быть выполнены на разнообразных типах подложек: от прозрачных тонких пленок до отражающей металлической фольги. Эти материалы обеспечивают возможность приспосабливать, изгибать и скручивать дисплеи в любую форму. Это означает, что FOLED-дисплей может быть встроен в шлем, в рукав рубашки военной формы, в приборную панель кабины самолета или на стекло окна автомобиля.

Сверхмалый вес и тонкая форма: Использование тонких пластиковых подложек также существенно уменьшает вес тонких отображающих панелей в сотовых телефонах, портативных компьютерах и, особенно, в большой сфере настенного телевидения. Например, вес настольного дисплея может быть существенно уменьшен за счет использования технологии FOLED.

Надежность: FOLED также обладает повышенной стойкостью к изломам, большей стойкостью к внешним воздействиям и более длительным сроком службы по сравнению с аналогами на стеклянной основе.

Рентабельный технологический процесс: OLED проектируются с учетом достижения более эффективной стоимости по сравнению с большинством плоских отображающих панелей. С появлением технологии FOLED создана перспектива технологического процесса «рулон к рулону».

Пока продолжительный процесс производства FOLED требует дальнейшего развития, данный процесс обеспечивает основу для очень низкой стоимости и массового производства.

OLED технологии уже используются для производства:

1)     Телевизоров.

2)     Мониторов.

3)     Телефоны.

4)     Фотоаппараты.

И непосредственно переходя к идеи курсовой работы, которая заключается в “создании” концептуально иного подхода к методу предоставления (изображения) необходимой информации автовладельцу, с учетом современных тенденций. Т.е. дисплей бортового компьютера, Дисплей камер, кузовной дисплей и “дисплей внешнего действия”.

Возможные пути использования OLED технологии:

Возможны ТРИ варианта использования прозрачных, гибких, тонких OLED пленок, в качестве дисплея на стеклах автомобиля:

1) Как монолитная пленка для создания триплекса — многослойное стекло (два или более органических или силикатных стекла, склеенные между собой полимерной плёнкой, способной при ударе удерживать осколки). Т.е. вместо обычной полимерной плёнки использовать FOLED пленку, которая будет играть роль дисплея автомобиля.

Особенности:

А) Не требует дополнительного места на приборной панели. Таким образом освобождается место(рабочая зона) или пространство для других устройств.

Б) Увеличивается срок службы самой пленки, так как уменьшается воздействие на нее окружающей средой, химикатами(моющие средства и т.п.) и др. физических воздействий.

2) Как монолитная пленка сделанная на основе самоклеющихся пленок. Т.е. одна из сторон пленки покрывается клеем, а затем приклеивается на стекла автомобиля.

Особенности:

А) Удобство и простота “установки” и замены.

Б) Не требует дополнительного места на приборной панели. Таким

образом освобождается место(рабочая зона) или пространство для других устройств.

В) Может работать совместно(дублировать) уже установленные устройства “вывода” информации( GPS, дисплеи автомагнитолы и т.д.)

3) Как не монолитная пленка в виде триплекса или самоклеющийся пленки.

Особенности:

A)    Низкая стоимость.

Б) Узко направлена на определенную функцию.

Цель использования OLED технологии:

Такие свойства пленки, как Гибкость, Сверхмалый вес и тонкая форма, Надежность, Рентабельность и самое главное Прозрачность, дают одно из главных достоинств данной технологии – Многофункциональность.

Может использоваться как:

1) Дисплей бортового компьютера автомобиля – это аудио и видео проигрыватель и GPS.

2) Дисплей камер – “зеркал” заднего вида. Эта функция возможна только в тех автомобилях, в которых установлены вместо зеркал заднего вида, камеры (последние модели).

Первые два пункта обеспечивают безопасность во время движения. Вам нет необходимости постоянно переводить взгляд на панель приборов и обратно во время движения, а значит, вы не будете отвлекаться от дороги. Поэтому Вы всегда успеете затормозить перед резко остановившимся автомобилем или выскочившим на дорогу пешеходом или животным, всегда заметите дорожные знаки, изменившийся сигнал светофора, сотрудника ГИБДД. 

Показания приборов всегда будут перед глазами. Вы сможете контролировать скорость движения и не превысите ее случайно. Также некоторые модели позволяют отображать температуру двигателя, она будет у вас на виду, что может предотвратить его перегрев и как следствие капитальный ремонт. 

Огромным преимуществом подобных устройств может быть возможность  цветовой сигнализации. Как только одна из величин, отображаемых на лобовом стекле, превысит допустимые нормы, Вы увидите специальный сигнал системы.

Вы можете больше не волноваться о показании приборов - система проецирования на лобовое стекло позаботится об этом за Вас. А Вам лишь остается наслаждаться процессом вождения!

Если к системе цветовой индикации добавить звуковую и голосовое управление, то такая система обеспечит еще большую безопасность.

Вы сможете управлять различными функциями вашего автомобиля без “отрыва от руля”, при этом вся необходимая информация будет у вас перед глазами. Например включить любимую радио станцию произнеся её номер или само название, а информация о действиях аудио проигрывателя (радиоприемника) будет у вас “перед глазами”.

3) “Дисплей внешнего действия” т.е. стекло с OLED пленкой светит по всей поверхности секла (только в том случае если у нас монолитное пленочное покрытие) с малой мощностью(цвет может выбираться водителем или базовой программой), что создает эффект тонировочной пленки. Тем самым предотвращается перегрев автомобиля, создавая более комфортные условия для автомобилиста. Так же эта функция может защищать водителя в ночное время от света фар встречных авто.