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Qué es un módulo de pantalla OLED, ventajas e inconvenientes de OLED, pantallas PMOLED y AMOLED

Bienvenido a la Universidad Riverdi. En esta conferencia hablaremos de las pantallas OLED. Las pantallas OLED son un poco diferentes de las pantallas TFT que vendemos normalmente y Riverdi no vende pantallas OLED estándar. Los vendemos como módulos personalizados sólo para proyectos concretos. Por lo tanto, si necesita una pantalla OLED para su aplicación, póngase en contacto con nosotros y seguro que podremos encontrar una solución para usted y fabricar la pantalla adecuada. De todos modos, como compartimos los conocimientos sobre pantallas, hoy tenemos una lección universitaria sobre los OLED porque es importante entender cómo funcionan y cómo utilizarlos y reconocer esta fantástica tecnología que existe y seguro que en el futuro también tendremos pantallas estándar basadas en la tecnología OLED.

Introducción a las pantallas OLED

En la imagen superior tenemos un breve programa de la conferencia. Hablaremos de las reglas básicas, de cómo se construyen las pantallas OLED y en qué se diferencian de los módulos TFT. Luego, un poco de física y de normas de aplicación, cómo utilizar las pantallas OLED. También hablaremos de los OLED pasivos, veremos la comparación entre la tecnología OLED y la STN, que es una pantalla LCD monocroma, y una VFD, que es la pantalla de vacío. La pantalla de vacío es una tecnología antigua, pero en el mercado podemos encontrar algunas pantallas que aún utilizan esta tecnología. Hablaremos de los OLED activos que son los AMOLED y los Super AMOLED y, por último, hablaremos de las interfaces para pantallas OLED.

y simplemente reconocer esta fantástica tecnología que existe y seguro que en el futuro también tendremos pantallas estándar basadas en la tecnología OLED.

¿Qué es una pantalla OLED?

OLED es la abreviatura de Organic Light Emitting Diode (diodo orgánico emisor de luz). Es como el LED, pero basado en materiales orgánicos. La emisión de luz es prácticamente la misma que con el LED, sólo que los materiales utilizados son diferentes. No son capas con base de silicona, sino con base orgánica. Como se puede ver la estructura y la construcción es bastante simple, la física aquí es como en cualquier diodo LED o diodo láser. Tenemos la recombinación de electrones, por lo que con la corriente pasan a los estados de energía de los niveles superiores y luego pasan a los niveles inferiores y emiten luz. Utilizando diversos materiales, podemos generar colores distintos, y esto es diferente que en los TFT.

Como recordarás de nuestras sesiones sobre TFT, dijimos que el TFT o LCD en general sólo bloquea la luz de la retroiluminación. Normalmente, la retroiluminación de los TFT es blanca. Bloqueamos la luz, o transmitimos la luz y para conseguir el color en TFT necesitamos utilizar filtros de color. Normalmente hay tres filtros de color en la parte superior de la pantalla TFT, que son RGB. Para las pantallas OLED es diferente. Tenemos un material que emite el propio color. Así, utilizando materiales variados, podemos emitir colores distintos. Si tenemos una pantalla OLED a todo color, que normalmente será una pantalla AMOLED, que se puede ver hoy en día en los teléfonos móviles o tabletas o incluso ordenadores portátiles o televisores, utiliza células RGB o células RGBW y luego se mezclan los colores. Recuerda que el OLED emite luz por sí mismo, y no tenemos retroiluminación.

Comparación entre pantallas TFT y OLED

En la imagen de arriba se puede ver una comparación sencilla entre una pantalla TFT y una OLED. Lo primero que siempre llama la atención es que la pantalla OLED es mucho más sencilla. Tenemos menos capas que en un TFT. Como recordarán de la conferencia sobre el TFT, es bastante complicado. En primer lugar, necesitamos una luz de fondo, luego necesitamos algunos difusores, guías de luz para preparar la luz, tenemos polarizadores, tenemos un TFT en sí, que se simplifica en la imagen, y luego tenemos filtros de color y el polarizador superior. Con OLED la construcción es muy sencilla. Necesitamos una base como columna vertebral de toda pantalla, luego tenemos la capa de emisión y algunas capas conductoras en la parte superior e inferior.

OLED de matriz pasiva – PMOLED y OLED de matriz activa – AMOLED

Una pantalla pasiva – PMOLED es muy sencilla en comparación con una pantalla monocroma LCD. Una matriz activa – AMOLED se parece más a un TFT y además tenemos transistores en las celdas. Pero en la versión simplificada no tenemos transistores, sólo capas simples y no hay filtros de color ni luz de fondo. Por tanto, no tenemos capas traseras ni delanteras, sólo la central que emite luz por sí misma, y esto nos da una ventaja realmente grande. Por supuesto, es más simple, puede ser más barato de construir en la producción en masa pantallas OLED, pero si no tenemos una luz de fondo, es decir, si no emitimos ninguna luz, tenemos un verdadero fondo negro y esto es una gran ventaja de las pantallas OLED, donde tenemos un contraste en valores muy altos. Las pantallas OLED son perfectas para conseguir un alto contraste. Si no tenemos luz reflejada o si disminuimos la luz reflejada, no tenemos la luz que proviene de la retroiluminación, porque no hay retroiluminación. Si alguna vez has visto una pantalla OLED, especialmente en una tienda de televisores, podrías ver televisores OLED, de LG o Samsung u otras marcas, y podrías notar que el contraste allí es muy alto y el negro es negro verdadero. Incluso es algo antinatural verlo. Las empresas de allí utilizan películas de demostración especiales en las que tenemos como el cosmos o algo así y el sol en medio de la pantalla. Puedes ver que el fondo es negro, y es negro de verdad. Es diferente que en las pantallas TFT. Si tienes una pantalla TFT al lado de la OLED, notarás la diferencia. El contraste en OLED es mucho mayor porque no hay retroiluminación y no hay problema con la luz que atraviesa el TFT siempre, un poco pero siempre, esa es la principal diferencia.

¿Cuáles son las ventajas de las pantallas OLED?

En la imagen superior, tenemos las principales ventajas de las pantallas OLED. Tenemos un contraste excelente, muy alto. Como puedes ver el fondo es realmente negro y así se ve en la realidad, no sólo en la foto. Sin retroiluminación, alto brillo, podemos lograr un brillo bastante alto de los píxeles en OLED, tenemos una reproducción del color fantástica, porque no usamos filtros de color, somos capaces de generar colores muy saturados en una amplia gama. Normalmente, los OLED tienen la gama de colores más amplia del mercado, y es realmente superior a un TFT típico

También podemos conseguirlo con un TFT, con filtros de color especiales o filtros Quantum Dot, pero en general OLED es superior aquí sin ningún esfuerzo especial. El negro verdadero está relacionado con el contraste. Super ángulos de visión, esa es otra ventaja sobre el TFT. Si tenemos un típico TFT, una pantalla TN discutida en las conferencias anteriores, tenemos inversión de escala de grises desde un ángulo de visión. Luego tenemos pantallas como las de tipo IPS o MVA, en las que podemos ver una imagen desde todos los ángulos de visión, pero aún así el ángulo de visión sería como de 85 grados 87 o el mejor sería de hasta 89 grados. En las pantallas OLED tenemos 89 grados sin ningún esfuerzo porque es como un diodo LED. Emite luz, y podemos ver exactamente lo mismo desde todos los ángulos de visión. Los OLED pueden ser muy finos, porque sólo tienen unas pocas capas, sin retroiluminación ni capas frontales, por lo que pueden ser muy finos y muy ligeros. Podemos construir pantallas OLED sobre superficies elásticas que podemos doblar o que se pueden curvar, por ejemplo los teléfonos móviles plegables de Samsung o algunos televisores curvos de LG. Los OLED consumen poca energía. Si tenemos un LCD o un TFT, necesitamos una retroiluminación. La retroiluminación consume mucha energía porque la luz es consumida por todas las capas que tiene el TFT: los polarizadores, los filtros de color, difusor; en todas partes perdemos un poco de energía de la retroiluminación, así que necesitamos mucha energía para tener realmente un TFT brillante. Con OLED tenemos sólo una luz directa de los propios píxeles, por lo que el consumo de energía puede ser bajo y menor que en un LCD típico. Y tenemos una temperatura de funcionamiento muy amplia. Podemos bajar hasta -40 con OLED. No hay problemas mecánicos como ocurre con la pantalla LCD, en la que tenemos cristal líquido dentro de la célula que, a baja temperatura, puede volverse casi sólido y dejar de moverse. Típicamente para TFT tenemos -20, -30 grados, en algunos casos excepcionales tenemos -40, pero para OLED no es problema trabajar incluso en -40 grados. Por otro lado, con las altas temperaturas, hay que tener cuidado porque disminuye la vida útil del OLED, así que hay que comprobar en una especificación o ponerse en contacto con los fabricantes si se requieren altas temperaturas para el OLED. Si se trata de períodos cortos, entonces está bien, pero si su pantalla OLED necesita trabajar constantemente en una temperatura alta, como 50, 60 u 80 grados, entonces vale la pena comprobar cómo afectará a la vida útil de la pantalla OLED.

¿Cuáles son las desventajas de las pantallas OLED?

Veamos ahora algunas desventajas. En la industria, la tecnología OLED no está muy extendida, aparte de los productos de consumo. En teléfonos móviles, tabletas y portátiles ya tenemos muchos casos de uso. En las aplicaciones industriales sigue siendo un mercado en crecimiento, pero poco maduro. Algunos de los problemas están relacionados con las patentes, por eso seguimos esperando la adaptación masiva de las pantallas OLED. Podemos tener un mayor consumo de energía, especialmente si tenemos un fondo completamente blanco, entonces tenemos que alimentar todos los píxeles y el consumo de energía a veces puede ser mayor que el TFT. Por lo tanto, sólo hay unas pocas desventajas, y son menores en nuestro caso.

Vida útil de las pantallas OLED

En la imagen de arriba hay un gráfico de nuestro socio Winstar, de Taiwán. Como puedes ver, han medido cuánto tiempo puede funcionar la pantalla OLED. En el pasado, hace unos 10 años, hubo problemas con las pantallas OLED. Las primeras pantallas OLED del mercado tenían una vida útil muy corta. Eran como 10k horas, 10 000 horas y el problema era, que el brillo de ellos disminuía incluso cuando no se usaban, estaban simplemente en la estantería. Los primeros OLED tenían muchos problemas, pero más tarde se mejoró el proceso, sobre todo gracias a Winstar, que trabajó mucho para alargar la vida útil de las pantallas OLED.

Aquí tenemos algunos cálculos e informe donde Winstar utilizó la temperatura más alta para acelerar el proceso y el resultado del cálculo es de alrededor de 100 000 horas, por lo que 100k horas que es muy largo. Las pantallas TFT industriales suelen tener una vida útil de 50 000 horas. La vida útil se calcula hasta que la pantalla tiene la mitad del brillo inicial. Cuando se dice que la pantalla tiene una vida útil de 50 000 horas no significa que vaya a estar muerta después de 50 000 horas, significa que el brillo medio estará en un 50%. En el caso de los OLED, ocurrirá después de las 100 000 horas, que es un tiempo muy largo, como 15 años de trabajo continuo las 24 horas del día. Si a veces apagamos nuestra pantalla OLED, que es el caso de uso normal en la mayoría de las aplicaciones industriales, podemos esperar que la pantalla funcione incluso durante 15 años. Por lo tanto, la vida útil hoy en día con un buen fabricante como Winstar ya no es un caso.

Aplicaciones adecuadas de las pantallas OLED

Hablemos ahora de las aplicaciones propias de las pantallas OLED. Con el TFT tenemos retroiluminación. Si disminuye el brillo de la retroiluminación, disminuye el brillo de toda la pantalla. Con los OLED, cada píxel es una retroiluminación que emite luz. Si tenemos muchos píxeles uno al lado del otro, y los utilizamos, el brillo disminuye en función del tiempo utilizado. Por lo tanto, si tenemos un píxel que está encendido más tiempo que el siguiente, el primer píxel tendrá un brillo un poco más bajo después de algún tiempo. En la imagen de arriba, puede ver dos píxeles que se desplazan a un lado. No podemos ver una gran diferencia entre ellos, porque se apartan. El ojo humano no puede reconocer muy bien el brillo. No podemos saber cuál es el nivel de brillo de una cosa por separado, pero somos muy buenos comparando, y cuando movemos los píxeles uno al lado del otro podemos ver claramente la diferencia entre ellos. Este es el caso de la pantalla OLED que si tenemos dos píxeles uno al lado del otro puede haber algunos problemas, que después de algún tiempo alguno de ellos tendrá un poco menos de brillo y podemos ver la diferencia.

Se calcula y el valor umbral del contraste donde podemos ver la diferencia entre dos píxeles que están uno al lado del otro se llama coeficiente de Weber.

En la imagen de arriba tenemos un ejemplo real. Si tenemos una pantalla OLED y normalmente, tenemos un reloj allí que muestra la hora, tenemos las flechas que se mueven alrededor y tenemos el círculo y la mayor parte del tiempo tenemos esta imagen, entonces después de algunos meses o años de uso podemos tener una situación en la que el brillo del círculo disminuirá un poco. Por supuesto, esta imagen está especialmente preparada para mostrarlo con fuerza, las flechas tendrán un brillo un poco más alto, pero todavía un poco más bajo de lo normal, el fondo que no se utilizó tan a menudo. Es algo que quizá veamos en las pantallas OLED al cabo de algún tiempo. El caso de uso aquí sería cambiar los colores. Podemos cambiar el fondo para que sea como en negativo, durante una hora tenemos un reloj como en la imagen, y durante otra hora encendemos el fondo y luego apagamos el propio reloj, así intentamos mantener los píxeles en estado ON el mismo tiempo. No es muy importante en la mayoría de los casos, usted no necesita preocuparse por eso, pero si usted tiene por ejemplo, 24 horas de información en algún lugar de su pantalla, es posible que desee mover de vez en cuando y utilizar toda la pantalla todo el tiempo de uso. Otra forma es implementar un controlador que utilice una escala de grises. Esto es más complicado; tenemos que calcular el tiempo de los píxeles donde se encendieron y aumentar el brillo en esta zona para mantener el brillo de la pantalla igual todo el tiempo.

PMOLED – Pantalla OLED de matriz pasiva

En la imagen de arriba tenemos un ejemplo real. Si tenemos una pantalla OLED y normalmente, tenemos un reloj allí que muestra la hora, tenemos las flechas que se mueven alrededor y tenemos el círculo y la mayor parte del tiempo tenemos esta imagen, entonces después de algunos meses o años de uso podemos tener una situación en la que el brillo del círculo disminuirá un poco. Por supuesto, esta imagen está especialmente preparada para mostrarlo con fuerza, las flechas tendrán un brillo un poco más alto, pero todavía un poco más bajo de lo normal, el fondo que no se utilizó tan a menudo.

Esto es algo que quizá veamos en las pantallas OLED al cabo de algún tiempo. El caso de uso aquí sería cambiar los colores. Podemos cambiar el fondo para que sea como en negativo, durante una hora tenemos un reloj como en la imagen, y durante otra hora encendemos el fondo y luego apagamos el propio reloj, así intentamos mantener los píxeles en estado ON el mismo tiempo. No es muy importante en la mayoría de los casos, usted no necesita preocuparse por eso, pero si usted tiene por ejemplo, 24 horas de información en algún lugar de su pantalla, es posible que desee mover de vez en cuando y utilizar toda la pantalla todo el tiempo de uso. Otra forma es implementar un controlador que utilice una escala de grises. Esto es más complicado; tenemos que calcular el tiempo de los píxeles donde se encendieron y aumentar el brillo en esta zona para mantener el brillo de la pantalla igual todo el tiempo.

Comparación de las pantallas OLED, STN y VFD

Veamos ahora la comparación entre el OLED pasivo típico, la pantalla LCD monocroma STN y la pantalla fluorescente al vacío VFD, que es una tecnología antigua. Como se puede ver en la imagen de arriba la estructura del OLED es muy simple, sólo una capa, sólo vidrio base, y eso es todo. En el STN tenemos muchas capas, necesitamos la retroiluminación, necesitamos los polarizadores, necesitamos más capas, así que es mucho más complicado. OLED es muy simple, puede ser muy delgado y a continuación tenemos una foto de cómo se ve.

OLED vs STN vs VFD

Podemos ver el OLED, el STN y el VFD y los vemos desde distintos ángulos de visión. La pantalla OLED es la ganadora, tiene el mejor contraste y los mejores ángulos de visión, por lo que es una pantalla perfecta desde el punto de vista óptico. Como puede ver, en la pantalla STN desde algunos ángulos ni siquiera somos capaces de ver la imagen. Ocurrirá algo parecido si pasamos a las pantallas TFT. Por eso necesitamos tecnologías como IPS para ver la imagen desde todos los ángulos de visión. Para OLED lo tenemos así, sin esfuerzo.

AMOLED – Pantalla OLED de matriz activa

El siguiente tipo de OLED después del PMOLED es el AMOLED. AMOLED significa OLED de matriz activa. Del mismo modo, al pasar de las pantallas monocromas STN a las pantallas TFT, a las pantallas LCD activas con los LCD, añadimos transistores en cada píxel. Así pues, la capa de sustrato, la columna vertebral de la pantalla AMOLED, es prácticamente la misma que en la TFT. Tenemos transistores que encienden y apagan los píxeles, pero no tenemos cristales líquidos. En lugar de cristales líquidos, ponemos capas orgánicas que emiten luz y encendemos y apagamos los diodos que hay encima. Así pues, la tecnología es similar a la de los TFT y por eso invertir en utillaje y fabricar una nueva pantalla es tan caro, es comparable a la de los TFT.

En la imagen superior aparecen algunos de los primeros dispositivos que salieron al mercado hace más de 10 o 15 años con las pantallas AMOLED y el ejemplo de la moderna OLED elástica. Ese es el futuro, y esperamos ver en el futuro una pantalla completamente plegable o enrollable.

¿Qué es la pantalla Super AMOLED?

Luego tenemos la Super AMOLED. Las primeras Super AMOLED se llamaron…

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así por el tacto dentro de la celda. Normalmente tenemos capas OLED que emiten la luz, pero no tenemos el tacto, necesitamos añadirlo. Con el TFT se hace por la capa adicional, pero con Super AMOLED podemos poner la pantalla táctil en las células. Añadimos conectores adicionales, añadimos los electrodos de detección y tenemos el sensor táctil en la pantalla. Esto es más rentable. Si sabemos que nuestra pantalla OLED se utilizará siempre con una pantalla táctil, como es el caso de los teléfonos móviles o las tabletas, entonces añadir esto disminuye el coste, solo tenemos que añadir el cristal de recubrimiento encima y laminarlo.

Qué es la pantalla Super AMOLED

Interfaces en pantallas OLED

Ahora sabemos mucho sobre las PMOLED, AMOLED y Super AMOLED. Hablemos de interfaces. Tenemos una conferencia separada sobre interfaces de pantalla que se puede encontrar aquí, ahora sólo nos centramos en las pantallas OLED. Para las pantallas OLED de matriz pasiva normalmente tenemos I2C, SPI o las antiguas interfaces paralelas, porque son lentas, son interfaces de propósito general y requieren una memoria en la propia pantalla. Sólo enviamos información sencilla sobre la activación y desactivación del píxel y, a veces, de la escala de grises. Si pasamos al AMOLED, más bien requerimos un vídeo de una pantalla y también necesitamos todos los colores, etc., así que tenemos mucha información que enviar y las interfaces ahí son como MIPI, DSI o RGB para algunos casos de uso industrial. La mayoría de las pantallas AMOLED en color del mercado tendrán MIPI, que es un estándar para teléfonos móviles y tabletas o incluso ordenadores portátiles, y entonces tendremos que enviar un nuevo fotograma 50 o 100 veces por segundo, lo mismo con la interfaz LVDS.

Interfaces en pantallas OLED

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