Was ist ein OLED-Displaymodul, Vor- und Nachteile von OLED, PMOLED- und AMOLED-Bildschirme

Willkommen an der Riverdi University. In diesem Vortrag werden wir über OLED-Displays sprechen. OLED-Displays sind etwas anders als die TFT-Displays, die wir normalerweise verkaufen, und Riverdi verkauft keine Standard-OLED-Displays. Wir verkaufen sie als kundenspezifische Module nur für bestimmte Projekte. Wenn Sie also ein OLED-Display für Ihre Anwendung benötigen, wenden Sie sich bitte an uns, und wir werden sicher eine Lösung für Sie finden und das richtige Display herstellen. Da wir das Wissen über Bildschirme teilen, haben wir die heutige Universitätslektion über OLEDs, weil es wichtig ist, zu verstehen, wie sie funktionieren und wie man sie benutzt, und um diese fantastische Technologie, die es gibt, zu würdigen.

Einführung in OLED-Bildschirme

Auf dem Bild oben sehen Sie eine kurze Zusammenfassung des Vortrags. Wir werden über die Grundregeln sprechen, wie OLED-Displays aufgebaut sind und wie sie sich von TFT-Modulen unterscheiden. Dann ein bisschen was über Physik und über Anwendungsregeln, wie man OLED-Displays benutzt. Wir werden auch über passive OLEDs sprechen und den Vergleich zwischen der OLED-Technologie und STN, einem monochromen LCD, und einem VFD, einem Vakuum-Display, sehen. Vakuum-Displays sind eine alte Technologie, aber wir können einige Displays auf dem Markt finden, die diese Technologie immer noch verwenden. Wir werden über aktive OLEDs sprechen, die AMOLEDs und Super AMOLEDs sind, und schließlich werden wir über Schnittstellen für OLED-Displays sprechen. und einfach diese fantastische Technologie anerkennen, die es gibt, und in Zukunft werden wir sicherlich auch Standard-Displays auf der Grundlage der OLED-Technologie haben.

Was ist ein OLED-Display?

OLED ist die Abkürzung für Organic Light Emitting Diode. Es ist wie LED, basiert aber auf organischen Materialien. Das emittierende Licht ist so ziemlich das gleiche wie bei der LED, nur die verwendeten Materialien sind hier anders. Sie sind nicht auf Silikonbasis, sondern auf organischer Basis beschichtet. Wie Sie sehen können, ist die Struktur und der Aufbau ziemlich einfach, die Physik hier ist wie in jeder LED-Diode oder Laserdiode. Wir haben die Rekombination von Elektronen, d. h. mit dem Strom gehen sie zu den höheren Energiezuständen und dann zu den niedrigeren und emittieren Licht. Mit verschiedenen Materialien können wir unterschiedliche Farben erzeugen, und das ist anders als bei TFT. Wie Sie sich vielleicht an unsere TFT-Sitzungen erinnern, haben wir gesagt, dass TFT oder LCD im Allgemeinen nur das Licht der Hintergrundbeleuchtung blockiert. Normalerweise ist die Hintergrundbeleuchtung bei TFT weiß. Wir blockieren das Licht, oder wir übertragen das Licht, und um die Farbe in TFT zu erreichen, müssen wir Farbfilter verwenden. Normalerweise gibt es drei Farbfilter auf der Oberseite des TFT-Bildschirms, die RGB sind. Bei OLED-Bildschirmen ist das anders. Wir haben ein Material, das die Farbe selbst ausstrahlt. Mit verschiedenen Materialien können wir also unterschiedliche Farben erzeugen. Bei einem Vollfarb-OLED-Display, in der Regel ein AMOLED-Display, wie man es heute in Mobiltelefonen, Tablets, Laptops oder Fernsehgeräten sieht, werden RGB- oder RGBW-Zellen verwendet, und die Farben werden gemischt. Denken Sie daran, dass die OLED selbst Licht ausstrahlt, und wir haben keine Hintergrundbeleuchtung.

Vergleich zwischen einem TFT-Display und einem OLED-Display

In der Abbildung oben sehen Sie einen einfachen Vergleich zwischen einem TFT-Display und einem OLED-Display. Das erste, was immer auffällt, ist, dass das OLED-Display viel einfacher ist. Wir haben weniger Schichten als bei einem TFT. Wie Sie sich vielleicht aus der TFT-Vorlesung erinnern, ist das ziemlich kompliziert. Zuerst brauchen wir eine Hintergrundbeleuchtung, dann brauchen wir einige Diffusoren, Lichtleiter, um das Licht vorzubereiten, wir haben Polarisatoren, wir haben einen TFT selbst, der im Bild vereinfacht dargestellt ist, und dann haben wir Farbfilter und den oberen Polarisator. Bei OLED ist der Aufbau sehr einfach. Wir brauchen eine Basis als Grundgerüst für jedes Display, dann haben wir die Emissionsschicht und einige leitende Schichten auf der Ober- und Unterseite.

Passiv-Matrix-OLED – PMOLED und Aktiv-Matrix-OLED – AMOLED

Ein passives Display – PMOLED – ist im Vergleich zu einem monochromen LCD-Display sehr einfach. Eine aktive Matrix – AMOLED ist mehr wie ein TFT und wir haben zusätzlich Transistoren in den Zellen. Aber in der vereinfachten Version haben wir keine Transistoren, nur einfache Schichten und es gibt keine Farbfilter und keine Hintergrundbeleuchtung. Wir haben also keine hintere und keine vordere Schicht, sondern nur die Mitte, die selbst Licht aussendet, und das ist ein wirklich großer Vorteil. Natürlich ist es einfacher, es kann billiger sein, OLED-Displays in Massenproduktion zu bauen, aber wenn wir keine Hintergrundbeleuchtung haben, das heißt, wenn wir kein Licht emittieren, haben wir einen echten schwarzen Hintergrund, und das ist ein großer Vorteil von OLED-Displays, wo wir einen Kontrast in sehr hohen Werten haben. OLED-Displays eignen sich hervorragend, um einen hohen Kontrast zu erzielen. Wenn wir kein reflektiertes Licht haben oder wenn wir das reflektierte Licht verringern, haben wir nicht das Licht, das vom Gegenlicht kommt, weil es kein Gegenlicht gibt. Wenn Sie schon einmal einen OLED-Bildschirm gesehen haben, vor allem in einem Fernsehgeschäft, konnten Sie OLED-Fernseher von LG oder Samsung oder anderen Marken sehen, und Sie werden feststellen, dass der Kontrast dort sehr hoch ist und das Schwarz wirklich schwarz ist. Es ist sogar eine unnatürliche Sache, das zu sehen. Die Unternehmen dort verwenden spezielle Demo-Filme, in denen wir den Kosmos oder etwas Ähnliches und die Sonne in der Mitte des Bildschirms sehen. Sie können sehen, dass der Hintergrund schwarz ist, und zwar richtig schwarz. Das ist anders als bei TFT-Displays. Wenn Sie ein TFT-Display neben dem OLED-Display haben, werden Sie den Unterschied bemerken. Der Kontrast in OLED ist viel höher, weil es keine Hintergrundbeleuchtung und kein Problem mit dem Licht, das durch TFT geht immer, ein wenig, aber immer, das ist der Hauptunterschied.

Was sind die Vorteile von OLED-Displays?

In der obigen Abbildung sehen Sie die wichtigsten Vorteile von OLED-Displays. Wir haben einen ausgezeichneten Kontrast, einen sehr hohen Kontrast. Wie Sie sehen können, ist der Hintergrund wirklich schwarz, und so sieht es auch in Wirklichkeit aus, nicht nur auf dem Foto. Keine Hintergrundbeleuchtung, hohe Helligkeit, wir können eine ziemlich hohe Helligkeit der Pixel in OLED erreichen, wir haben eine fantastische Farbwiedergabe, weil wir keine Farbfilter verwenden, wir sind in der Lage, sehr gesättigte Farben in einem breiten Gamut zu erzeugen. In der Regel haben OLEDs den größten Farbumfang auf dem Markt und sind einem typischen TFT wirklich überlegen Wir können dies auch mit einem TFT erreichen, mit speziellen Farbfiltern oder Quantum Dot-Filtern, aber im Allgemeinen ist OLED hier ohne besonderen Aufwand überlegen. Das echte Schwarz hängt mit dem Kontrast zusammen. Super Betrachtungswinkel, das ist ein weiterer Vorteil gegenüber dem TFT. Bei einem typischen TFT, einem TN-Display, das in den vorangegangenen Vorlesungen besprochen wurde, kommt es aus einem Blickwinkel zu einer Graustufeninversion. Dann haben wir Displays wie IPS oder MVA-Typen, wo wir ein Bild aus allen Blickwinkeln sehen können, aber immer noch der Blickwinkel wäre wie 85 Grad 87 oder die beste wäre bis zu 89 Grad. In OLED-Displays haben wir 89 Grad ohne jede Anstrengung, weil es wie eine LED-Diode ist. Sie strahlt Licht aus, und wir können aus allen Blickwinkeln genau dasselbe sehen. OLEDs können sehr dünn sein, weil es nur wenige Schichten gibt, keine Hintergrundbeleuchtung, keine vorderen Schichten, so dass sie sehr dünn und sehr leicht sein können. Wir können OLED-Displays auf elastischen Oberflächen bauen, die wir biegen oder krümmen können, z. B. faltbare Mobiltelefone von Samsung oder einige gekrümmte Fernsehgeräte von LG. OLEDs haben einen geringen Stromverbrauch. Wenn wir ein LCD oder ein TFT haben, brauchen wir eine Hintergrundbeleuchtung. Die Hintergrundbeleuchtung verbraucht viel Strom, weil das Licht von allen Schichten des TFTs verbraucht wird: den Polarisatoren, den Farbfiltern, dem Diffusor; überall verlieren wir ein wenig Strom von der Hintergrundbeleuchtung, also brauchen wir viel Strom, um ein wirklich helles TFT zu haben. Bei OLED wird das Licht direkt von den Pixeln selbst erzeugt, so dass der Stromverbrauch niedriger ist als bei einem typischen LCD. Und wir haben eine sehr breite Betriebstemperatur. Mit OLED können wir bis zu -40 erreichen. Es gibt keine mechanischen Probleme wie beim LCD, wo wir Flüssigkristalle in der Zelle haben, die bei niedrigen Temperaturen fast fest werden können und sich nicht mehr bewegen können. Normalerweise haben wir bei TFTs -20, -30 Grad, in einigen Ausnahmefällen sogar -40, aber bei OLEDs ist es kein Problem, auch bei -40 Grad zu arbeiten. Andererseits ist bei hohen Temperaturen Vorsicht geboten, da sie die Lebensdauer der OLEDs verkürzen. Sie müssen also in einer Spezifikation nachsehen oder sich an den Hersteller wenden, wenn Sie hohe Temperaturen für OLEDs benötigen. Wenn es sich um kurze Zeiträume handelt, ist es in Ordnung, aber wenn Ihr OLED-Display ständig bei hohen Temperaturen wie 50, 60 oder 80 Grad arbeiten muss, dann lohnt es sich zu prüfen, wie sich dies auf die Lebensdauer des OLED-Displays auswirkt.

Was sind die Nachteile von OLED-Displays?

Lassen Sie uns nun einige Nachteile betrachten. In der Industrie ist die OLED-Technologie, abgesehen von Konsumgütern, nicht sehr weit verbreitet. Bei Mobiltelefonen, Tablets und Laptops gibt es bereits eine Vielzahl von Anwendungsfällen. Bei den industriellen Anwendungen handelt es sich um einen noch wachsenden, aber nicht sehr ausgereiften Markt. Einige der Probleme hängen mit den Patenten zusammen, weshalb wir immer noch auf die Massenanpassung von OLED-Displays warten. Es kann sein, dass wir einen höheren Stromverbrauch haben, besonders wenn wir einen komplett weißen Hintergrund haben, dann müssen wir alle Pixel mit Strom versorgen und der Stromverbrauch kann manchmal höher sein als beim TFT. Es gibt also nur wenige Nachteile, und die sind in unserem Fall gering.

Lebensdauer von OLED-Displays

Auf dem Bild oben sehen Sie eine Karte unseres Partners Winstar aus Taiwan. Wie Sie sehen können, wurde gemessen, wie lange das OLED-Display funktionieren kann. In der Vergangenheit, vor etwa 10 Jahren, gab es Probleme mit OLED-Displays. Die ersten OLED-Displays auf dem Markt hatten eine sehr kurze Lebensdauer. Es waren etwa 10.000 Stunden, 10.000 Stunden, und das Problem war, dass die Helligkeit der Lampen abnahm, selbst wenn sie nicht benutzt wurden, sondern nur im Regal standen. Die ersten OLEDs hatten eine Menge Probleme, aber später wurde der Prozess verbessert, insbesondere von Winstar, die eine Menge Arbeit geleistet haben, um die Lebensdauer von OLED-Displays zu verlängern. Hier haben wir einige Berechnungen und einen Bericht, in dem Winstar die höhere Temperatur verwendet, um den Prozess zu beschleunigen, und das Ergebnis der Berechnung ist etwa 100 000 Stunden, also 100k Stunden, was sehr lange ist. Für Industrie-TFT-Displays haben wir in der Regel eine Lebensdauer von 50 000 Stunden. Die Lebensdauer wird berechnet, bis das Display die Hälfte der ursprünglichen Helligkeit aufweist. Wenn Sie sagen, dass das Display eine Lebensdauer von 50 000 Stunden hat, bedeutet das nicht, dass es nach 50 000 Stunden tot ist, sondern dass die durchschnittliche Helligkeit bei 50 % liegt. Bei OLEDs wird dies nach 100 000 Stunden der Fall sein, was eine sehr lange Zeit ist, etwa 15 Jahre kontinuierlicher 24-Stunden-Betrieb. Wenn wir unser OLED-Display gelegentlich ausschalten, was in den meisten industriellen Anwendungen der Normalfall ist, können wir davon ausgehen, dass das Display auch nach 15 Jahren noch funktioniert. So ist die Lebensdauer heutzutage bei einem guten Hersteller wie Winstar kein Thema mehr.

Geeignete Anwendungen von OLED-Displays

Lassen Sie uns nun über die richtigen Anwendungen von OLED-Displays sprechen. Mit dem TFT haben wir eine Hintergrundbeleuchtung. Wenn die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung abnimmt, nimmt die Helligkeit des gesamten Displays ab. Bei OLEDs ist jedes Pixel eine Hintergrundbeleuchtung, es strahlt Licht aus. Wenn wir viele Pixel nebeneinander haben und sie verwenden, nimmt die Helligkeit entsprechend der verwendeten Zeit ab. Wenn also ein Pixel länger als das nächste Pixel eingeschaltet ist, hat das erste Pixel nach einiger Zeit eine etwas geringere Helligkeit. In der obigen Abbildung sehen Sie zwei Pixel, die zur Seite geschoben wurden. Wir können keinen großen Unterschied zwischen ihnen erkennen, weil sie zur Seite geschoben werden. Das menschliche Auge kann die Helligkeit nicht sehr gut erkennen. Wir können nicht sagen, wie hoch die Helligkeit einer einzelnen Sache ist, aber wir können sehr gut vergleichen, und wenn wir die Pixel nebeneinander stellen, können wir den Unterschied zwischen ihnen deutlich erkennen. Bei OLED-Displays ist es so, dass, wenn zwei Pixel nebeneinander liegen, es zu Problemen kommen kann, dass nach einiger Zeit einige von ihnen ein wenig weniger hell sind und wir den Unterschied sehen können. Er wird berechnet, und der Schwellenwert des Kontrasts, bei dem wir den Unterschied zwischen zwei nebeneinander liegenden Pixeln erkennen können, wird als Weber-Koeffizient bezeichnet. Das Bild oben zeigt ein reales Beispiel. Wenn wir ein OLED-Display haben und dort normalerweise eine Uhr haben, die die Zeit anzeigt, wir haben die Pfeile, die sich bewegen, und wir haben den Kreis und die meiste Zeit haben wir dieses Bild, dann können wir nach einigen Monaten oder Jahren der Nutzung eine Situation haben, in der die Helligkeit des Kreises ein wenig abnimmt. Natürlich ist dieses Bild speziell vorbereitet, um es stark zu zeigen, werden die Pfeile ein wenig höher Helligkeit haben, aber immer noch ein wenig niedriger als die normale, der Hintergrund, die nicht so oft verwendet wurde. Das ist etwas, das wir vielleicht nach einiger Zeit bei OLED-Displays sehen werden. Der Anwendungsfall wäre hier das Umschalten der Farben. Wir können den Hintergrund so schalten, dass er negativ ist, eine Stunde lang haben wir eine Uhr wie auf dem Bild, und eine weitere Stunde lang schalten wir den Hintergrund ein und dann schalten wir die Uhr selbst aus, so dass wir versuchen, die Pixel die gleiche Zeit im EIN-Zustand zu halten. In den meisten Fällen ist es nicht sehr wichtig, Sie brauchen sich darüber keine Gedanken zu machen, aber wenn Sie z.B. 24-Stunden-Informationen an einer Stelle Ihres Displays haben, möchten Sie sie vielleicht von Zeit zu Zeit verschieben und das gesamte Display die ganze Zeit über nutzen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Controller zu implementieren, der eine Graustufe verwendet. Dies ist komplizierter; wir müssen die Zeit der Pixel berechnen, in der sie eingeschaltet waren, und die Helligkeit in diesem Bereich erhöhen, um die Helligkeit des Bildschirms die ganze Zeit über gleich zu halten.

PMOLED – Passive Matrix OLED-Anzeige

Das Bild oben zeigt ein reales Beispiel. Wenn wir ein OLED-Display haben und dort normalerweise eine Uhr haben, die die Zeit anzeigt, wir haben die Pfeile, die sich bewegen, und wir haben den Kreis und die meiste Zeit haben wir dieses Bild, dann können wir nach einigen Monaten oder Jahren der Nutzung eine Situation haben, in der die Helligkeit des Kreises ein wenig abnimmt. Natürlich ist dieses Bild speziell vorbereitet, um es stark zu zeigen, werden die Pfeile ein wenig höher Helligkeit haben, aber immer noch ein wenig niedriger als die normale, der Hintergrund, die nicht so oft verwendet wurde. Das ist etwas, das wir vielleicht nach einiger Zeit bei OLED-Displays sehen werden. Der Anwendungsfall wäre hier das Umschalten der Farben. Wir können den Hintergrund so schalten, dass er negativ ist, eine Stunde lang haben wir eine Uhr wie auf dem Bild, und eine weitere Stunde lang schalten wir den Hintergrund ein und dann schalten wir die Uhr selbst aus, so dass wir versuchen, die Pixel die gleiche Zeit im EIN-Zustand zu halten. In den meisten Fällen ist es nicht sehr wichtig, Sie brauchen sich darüber keine Gedanken zu machen, aber wenn Sie z.B. 24-Stunden-Informationen an einer Stelle Ihres Displays haben, möchten Sie sie vielleicht von Zeit zu Zeit verschieben und das gesamte Display die ganze Zeit über nutzen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Controller zu implementieren, der eine Graustufe verwendet. Dies ist komplizierter; wir müssen die Zeit der Pixel berechnen, in der sie eingeschaltet waren, und die Helligkeit in diesem Bereich erhöhen, um die Helligkeit des Bildschirms die ganze Zeit über gleich zu halten.

Vergleich von OLED-, STN- und VFD-Anzeigen

Sehen wir uns nun den Vergleich zwischen dem passiven OLED typischen OLED, dem monochromen STN-LCD-Display und dem VFD Vacuum Fluorescent Display an, das eine alte Technologie ist. Wie Sie auf dem Bild oben sehen können, ist die Struktur von OLED sehr einfach, nur eine Schicht, nur Basisglas, und das ist alles. Beim STN haben wir viele Schichten, wir brauchen die Hintergrundbeleuchtung, wir brauchen die Polarisatoren, wir brauchen mehr Schichten, es ist also viel komplizierter. OLED ist sehr einfach, es kann sehr dünn sein und unten haben wir ein Foto, wie es aussieht.

OLED vs. STN vs. VFD

Wir können OLED, STN und VFD aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten. Das OLED-Display ist der Gewinner, es hat den besten Kontrast und die besten Betrachtungswinkel, ist also aus optischer Sicht ein perfektes Display. Wie Sie sehen können, können wir auf dem STN-Display aus manchen Winkeln nicht einmal das Bild sehen. Ähnlich verhält es sich mit den TFT-Displays. Deshalb müssen wir Technologien wie IPS verwenden, um das Bild aus allen Blickwinkeln zu sehen. Bei OLED haben wir es einfach so, ohne jeden Aufwand.

AMOLED – Aktiv-Matrix-OLED-Anzeige

Der nächste OLED-Typ nach PMOLED ist AMOLED. AMOLED bedeutet Active Matrix OLED. Ähnlich wie beim Übergang von monochromen STN-Displays zu TFT-Displays und zu aktiven LCD-Displays mit LCDs fügen wir Transistoren in jedes Pixel ein. Die Substratschicht, das Rückgrat der AMOLED-Anzeige, ist also praktisch die gleiche wie bei TFT. Wir haben Transistoren, die die Pixel ein- und ausschalten, aber wir haben keine Flüssigkristalle. Anstelle von Flüssigkristallen legen wir organische Leuchtschichten auf und schalten die darauf befindlichen Dioden ein und aus. Die Technologie ist also ähnlich wie bei den TFTs, und deshalb ist die Investition in die Werkzeuge und die Herstellung eines neuen Displays so teuer, sie ist vergleichbar mit der von TFTs. Auf dem Bild oben sind einige erste Geräte zu sehen, die vor über 10 oder 15 Jahren mit AMOLED-Displays auf dem Markt waren, und das Beispiel der modernen elastischen OLED-Displays. Das ist die Zukunft, und wir hoffen, dass wir in Zukunft ein vollständig faltbares oder rollbares Display sehen werden. https://youtu.be/WCvt6uQA1Ec

Was ist ein Super AMOLED-Display?

Dann haben wir das Super AMOLED. Die ersten Super AMOLEDs hießen… so wegen der zelleninternen Berührung. Normalerweise haben wir OLED-Schichten, die das Licht aussenden, aber wir haben keinen Touch, den müssen wir hinzufügen. Beim TFT wird dies durch eine zusätzliche Schicht erreicht, aber bei Super AMOLED können wir den Touchscreen in die Zellen einbauen. Wir fügen zusätzliche Anschlüsse hinzu, wir fügen die Sensorelektroden hinzu, und wir haben den Berührungssensor im Display. Dies ist kosteneffizienter. Wenn wir wissen, dass unser OLED-Display immer mit einem Touchscreen verwendet wird, wie es bei Mobiltelefonen oder Tablets der Fall ist, dann senkt dies die Kosten, denn wir müssen nur noch das Deckglas aufsetzen und laminieren.

Schnittstellen in OLED-Displays

Jetzt wissen wir eine Menge über PMOLED, AMOLED und Super AMOLED. Lassen Sie uns über Schnittstellen sprechen. Wir haben einen separaten Vortrag über Display-Schnittstellen, den Sie hier finden können, jetzt konzentrieren wir uns nur auf OLED-Displays. Für Passivmatrix-OLED-Displays gibt es in der Regel I2C-, SPI- oder alte parallele Schnittstellen, da diese langsam sind, allgemeine Schnittstellen darstellen und einen Speicher im Display selbst erfordern. Wir haben nur einfache Informationen zum Ein- und Ausschalten der Pixel und manchmal der Graustufen übermittelt. Bei AMOLED benötigen wir eher ein Video von einem Display und auch alle Farben usw., es müssen also viele Informationen übertragen werden, und es gibt Schnittstellen wie MIPI, DSI oder RGB für einige industrielle Anwendungsfälle. Die meisten AMOLED-Farbdisplays auf dem Markt werden über MIPI verfügen, einen Standard für Mobiltelefone und Tablets oder sogar Laptops, und dann müssen wir 50 oder 100 Mal pro Sekunde ein neues Bild senden, dasselbe gilt für die LVDS-Schnittstelle.