Qu’est-ce qu’un module d’affichage OLED, les avantages et inconvénients de l’OLED, les écrans PMOLED et AMOLED

Bienvenue à l’Université de Riverdi. Dans cet exposé, nous parlerons des écrans OLED. Les écrans OLED sont un peu différents des écrans TFT que nous vendons normalement et Riverdi ne vend pas d’écrans OLED standard. Nous les vendons en tant que modules personnalisés uniquement pour des projets particuliers. Si vous avez besoin d’un écran OLED pour votre application, n’hésitez pas à nous contacter et nous serons certainement en mesure de trouver une solution pour vous et de fabriquer l’écran adéquat. Quoi qu’il en soit, puisque nous partageons nos connaissances sur les écrans, la leçon universitaire d’aujourd’hui porte sur les OLED, car il est important de comprendre comment elles fonctionnent et comment les utiliser, et de reconnaître cette fantastique technologie qui existe et qui, à l’avenir, aura certainement des écrans standard basés sur la technologie OLED.

Introduction aux écrans OLED

L’image ci-dessus présente un bref programme de la conférence. Nous parlerons des règles de base, de la façon dont les écrans OLED sont construits et de leurs différences par rapport aux modules TFT. Puis un peu de physique et de règles d’application, comment utiliser les écrans OLED. Nous parlerons également des OLED passives, nous verrons la comparaison entre la technologie OLED et le STN, qui est un écran LCD monochrome, et un VFD, qui est l’écran à vide. L’affichage sous vide est une technologie ancienne, mais on trouve sur le marché des écrans qui utilisent encore cette technologie. Nous parlerons des OLEDs actives qui sont des AMOLEDs et des Super AMOLEDs et enfin, nous parlerons des interfaces pour les écrans OLEDs. et de reconnaître cette fantastique technologie qui existe et il est certain qu’à l’avenir, nous aurons également des écrans standard basés sur la technologie OLED.

Qu’est-ce qu’un écran OLED ?

OLED est l’abréviation de Organic Light Emitting Diode (diode électroluminescente organique). Il s’agit d’un produit similaire aux LED, mais basé sur des matériaux organiques. La lumière émise est à peu près la même que celle de la LED, seuls les matériaux utilisés sont différents. Il ne s’agit pas de couches à base de silicone mais de couches à base organique. Comme vous pouvez le voir, la structure et la construction sont assez simples. La physique est la même que celle des diodes LED ou des diodes laser. Il y a recombinaison des électrons, de sorte qu’avec le courant, ils passent à des niveaux d’énergie supérieurs, puis à des niveaux inférieurs et émettent de la lumière. En utilisant différents matériaux, nous pouvons générer des couleurs distinctes, ce qui est différent des TFT. Comme vous vous en souvenez peut-être lors de nos sessions sur le TFT, nous avons dit que le TFT ou l’écran LCD en général ne faisait que bloquer la lumière du rétroéclairage. En général, le rétroéclairage du TFT est blanc. Nous bloquons la lumière, ou nous transmettons la lumière, et pour obtenir la couleur dans le TFT, nous devons utiliser des filtres de couleur. Normalement, il y a trois filtres de couleur sur la partie supérieure de l’écran TFT, qui sont RVB. Pour les écrans OLED, c’est différent. Nous avons un matériau qui émet la couleur elle-même. Ainsi, en utilisant des matériaux variés, nous pouvons émettre des couleurs distinctes. Si nous avons un écran OLED couleur, qui sera typiquement un écran AMOLED, que vous pouvez voir aujourd’hui dans les téléphones mobiles ou les tablettes ou même les ordinateurs portables ou les téléviseurs, il utilise des cellules RGB ou des cellules RGBW et les couleurs sont ensuite mélangées. N’oubliez pas que l’OLED émet elle-même de la lumière et que nous n’avons pas de rétroéclairage.

Comparaison entre un écran TFT et un écran OLED

Dans l’image ci-dessus, vous pouvez voir une comparaison simple entre un écran TFT et un écran OLED. La première chose que l’on remarque toujours, c’est que l’écran OLED est beaucoup plus simple. Nous avons moins de couches que dans un TFT. Comme vous vous en souvenez peut-être lors de la conférence sur le TFT, c’est assez compliqué. Tout d’abord, nous avons besoin d’un rétroéclairage, puis de diffuseurs, de guides de lumière pour préparer la lumière, de polariseurs, d’un TFT lui-même, qui est simplifié dans l’image, puis de filtres de couleur et d’un polariseur supérieur. Avec l’OLED, la construction est très simple. Nous avons besoin d’une base qui constitue l’épine dorsale de chaque écran, puis nous avons la couche d’émission et quelques couches conductrices sur le dessus et le dessous.

OLED à matrice passive – PMOLED et OLED à matrice active – AMOLED

Un écran passif – PMOLED – est très simple comparé à un écran LCD monochrome. Une matrice active – L’AMOLED ressemble davantage à un TFT et nous avons également des transistors dans les cellules. Mais dans la version simplifiée, il n’y a pas de transistors, seulement des couches simples et il n’y a pas de filtres de couleur ni de rétroéclairage. Nous n’avons donc pas de couche arrière ni de couche avant, mais seulement la partie centrale qui émet elle-même de la lumière, ce qui nous confère un avantage considérable. Bien sûr, c’est plus simple, c’est peut-être moins cher de fabriquer en masse des écrans OLED, mais si nous n’avons pas de rétroéclairage, c’est-à-dire si nous n’émettons pas de lumière, nous avons un vrai fond noir et c’est un énorme avantage des écrans OLED, où nous avons un contraste dans des valeurs très élevées. Les écrans OLED sont parfaits pour obtenir un contraste élevé. Si nous n’avons pas de lumière réfléchie ou si nous diminuons la lumière réfléchie, nous n’avons pas la lumière provenant du rétroéclairage, car il n’y a pas de rétroéclairage. Si vous avez déjà vu un écran OLED, en particulier dans un magasin de téléviseurs, vous pouvez voir des téléviseurs OLED, de LG ou Samsung ou d’autres marques, et vous pouvez remarquer que le contraste est très élevé et que le noir est un vrai noir. C’est même une chose contre nature que de voir cela. Les entreprises utilisent des films de démonstration spéciaux où l’on voit le cosmos et le soleil au milieu de l’écran. Vous pouvez voir que l’arrière-plan est noir, et qu’il s’agit d’un vrai noir. Elle est différente de celle des écrans TFT. Si vous avez un écran TFT à côté de l’écran OLED, vous remarquerez la différence. Le contraste de l’OLED est beaucoup plus élevé parce qu’il n’y a pas de rétroéclairage et qu’il n’y a pas de problème avec la lumière qui passe à travers le TFT, toujours, un peu mais toujours, c’est la principale différence.

Quels sont les avantages des écrans OLED ?

L’image ci-dessus présente les principaux avantages des écrans OLED. Le contraste est excellent, très élevé. Comme vous pouvez le voir, l’arrière-plan est vraiment noir et c’est ce qu’il semble être dans la réalité, pas seulement sur la photo. Pas de rétroéclairage, une luminosité élevée, nous pouvons atteindre une luminosité assez élevée des pixels dans l’OLED, nous avons une reproduction fantastique des couleurs, parce que nous n’utilisons pas de filtres de couleur, nous sommes en mesure de générer des couleurs très saturées dans une large gamme. Généralement, les OLED ont la gamme de couleurs la plus large sur le marché, et elle est vraiment supérieure à celle d’un TFT typique . Nous pouvons également obtenir cela avec un TFT, avec des filtres de couleur spéciaux ou des filtres à points quantiques, mais en général, l’OLED est supérieure ici sans aucun effort particulier. Le noir véritable est lié au contraste. Des angles de vision superbes, voilà un autre avantage par rapport au TFT. Dans le cas d’un écran TFT typique, un écran TN dont il a été question dans les cours précédents, nous avons une inversion des niveaux de gris à partir d’un seul angle de vue. Ensuite, nous avons des écrans tels que les types IPS ou MVA, qui permettent de voir une image sous tous les angles de vue, mais l’angle de vue est de 85 degrés 87 ou, dans le meilleur des cas, de 89 degrés. Dans les écrans OLED, nous avons 89 degrés sans aucun effort parce que c’est comme une diode LED. Il émet de la lumière et nous pouvons voir exactement la même chose sous tous les angles de vue. Les OLED peuvent être très fines, car il n’y a que quelques couches, pas de rétroéclairage, pas de couches frontales, elles peuvent donc être très fines et très légères. Nous pouvons construire des écrans OLED sur des surfaces élastiques que nous pouvons plier ou courber, par exemple les téléphones portables pliables de Samsung ou certains téléviseurs LG courbés. Les OLEDs ont une faible consommation d’énergie. Si nous avons un écran LCD ou TFT, nous avons besoin d’un rétroéclairage. Le rétroéclairage consomme beaucoup d’énergie parce que la lumière est consommée par toutes les couches du TFT : les polariseurs, les filtres de couleur, le diffuseur ; partout, nous perdons un peu d’énergie à cause du rétroéclairage, et nous avons donc besoin de beaucoup d’énergie pour que le TFT soit vraiment lumineux. Avec l’OLED, nous n’avons qu’une lumière directe provenant des pixels eux-mêmes, de sorte que la consommation d’énergie peut être faible et inférieure à celle d’un LCD classique. Et nous avons une température de fonctionnement très large. Nous pouvons descendre jusqu’à -40 avec l’OLED. Il n’y a pas de problèmes mécaniques comme dans le cas de l’écran à cristaux liquides à l’intérieur de la cellule qui, à basse température, peut devenir presque solide et ne plus bouger. En général, pour les TFT, nous avons -20, -30 degrés, dans certains cas exceptionnels, nous avons -40, mais pour les OLED, il n’y a pas de problème pour travailler même à -40 degrés. D’un autre côté, avec des températures élevées, il faut être prudent car cela diminue la durée de vie de l’OLED, il faut donc vérifier dans une spécification ou contacter les fabricants si vous avez besoin de températures élevées pour l’OLED. Si c’est pour de courtes périodes, c’est parfait, mais si votre écran OLED doit fonctionner en permanence à une température élevée, comme 50, 60 ou 80 degrés, cela vaut la peine de vérifier comment cela affectera la durée de vie de l’écran OLED.

Quels sont les inconvénients des écrans OLED ?

Voyons maintenant quelques inconvénients. Dans l’industrie, la technologie OLED n’est pas très largement utilisée, à l’exception des produits de consommation. Les téléphones mobiles, les tablettes et les ordinateurs portables présentent déjà de nombreux cas d’utilisation. Dans les applications industrielles, il s’agit d’un marché en pleine croissance, mais qui n’est pas encore très mûr. Certains des problèmes sont liés aux brevets, c’est pourquoi nous attendons toujours l’adaptation en masse des écrans OLED. La consommation d’énergie peut être plus élevée, surtout si l’arrière-plan est entièrement blanc, il faut alors alimenter tous les pixels et la consommation d’énergie peut parfois être plus élevée que celle du TFT. Il n’y a donc que quelques inconvénients, et ils sont mineurs dans notre cas.

Durée de vie des écrans OLED

L’image ci-dessus montre un graphique de notre partenaire Winstar de Taïwan. Comme vous pouvez le voir, ils ont mesuré la durée de fonctionnement de l’écran OLED. Dans le passé, il y a environ 10 ans, les écrans OLED ont connu des problèmes. Les premiers écrans OLED sur le marché avaient une durée de vie très courte. Il s’agissait de 10 000 heures, 10 000 heures et le problème était que la luminosité diminuait même lorsqu’ils n’étaient pas utilisés, qu’ils restaient sur l’étagère. Les premières OLED présentaient de nombreux problèmes, mais le processus a été amélioré par la suite, en particulier par Winstar, qui a beaucoup travaillé pour prolonger la durée de vie des écrans OLED. Nous avons ici quelques calculs et un rapport où Winstar a utilisé une température plus élevée pour accélérer le processus et le résultat du calcul est d’environ 100 000 heures, donc 100 000 heures, ce qui est très long. Pour les écrans TFT industriels, la durée de vie est généralement de 50 000 heures. La durée de vie est calculée jusqu’à ce que l’écran ait la moitié de sa luminosité initiale. Lorsque vous dites que l’écran a une durée de vie de 50 000 heures, cela ne signifie pas qu’il sera mort après 50 000 heures, mais que la luminosité moyenne sera de 50 %. Pour les OLED, cela se produira après 100 000 heures, ce qui est une très longue période, c’est-à-dire 15 ans de travail continu 24 heures sur 24. Si nous éteignons parfois notre écran OLED, ce qui est le cas d’utilisation normal dans la plupart des applications industrielles, nous pouvons nous attendre à ce que l’écran fonctionne même pendant 15 ans. De nos jours, la durée de vie avec un bon fabricant comme Winstar n’est donc plus un problème.

Applications appropriées des écrans OLED

Parlons maintenant des applications appropriées des écrans OLED. Le TFT est doté d’un rétroéclairage. Si la luminosité du rétroéclairage diminue, la luminosité de l’ensemble de l’écran diminue. Avec les OLED, chaque pixel est un rétroéclairage, il émet de la lumière. Si nous avons beaucoup de pixels les uns à côté des autres et que nous les utilisons, la luminosité diminue en fonction du temps d’utilisation. Ainsi, si un pixel est allumé plus longtemps que le suivant, le premier pixel aura une luminosité un peu plus faible au bout d’un certain temps. Dans l’image ci-dessus, vous pouvez voir deux pixels qui sont déplacés. On ne voit pas de grande différence entre eux, parce qu’ils sont mis à l’écart. L’œil humain ne reconnaît pas très bien la luminosité. Nous ne pouvons pas dire quel est le niveau de luminosité d’un objet séparé, mais nous sommes très doués pour les comparaisons, et lorsque nous déplaçons les pixels l’un à côté de l’autre, nous pouvons clairement voir la différence entre eux. C’est le cas de l’écran OLED : si deux pixels sont placés l’un à côté de l’autre, il peut y avoir des problèmes, et après un certain temps, certains d’entre eux auront une luminosité un peu plus faible et nous pourrons voir la différence. Il est calculé et la valeur seuil du contraste où l’on peut voir la différence entre deux pixels voisins s’appelle le coefficient de Weber. L’image ci-dessus en est un exemple concret. Si nous avons un écran OLED et que, normalement, nous avons une montre qui indique l’heure, nous avons les flèches qui se déplacent et nous avons le cercle et la plupart du temps nous avons cette image, alors après quelques mois ou années d’utilisation, nous pouvons avoir une situation où la luminosité du cercle diminue un peu. Bien sûr, cette image est spécialement préparée pour le montrer fortement, les flèches auront une luminosité un peu plus élevée, mais toujours un peu plus faible que la normale, l’arrière-plan n’ayant pas été utilisé si souvent. C’est quelque chose que nous pourrions voir sur les écrans OLED après un certain temps. Dans ce cas, il s’agit de changer de couleur. Nous pouvons changer l’arrière-plan de manière négative, pendant une heure nous avons une montre comme sur l’image, et pendant une autre heure nous allumons l’arrière-plan et ensuite nous éteignons la montre elle-même, nous essayons donc de garder les pixels dans l’état ON en même temps. Ce n’est pas très important dans la plupart des cas, vous n’avez pas à vous en préoccuper, mais si vous avez, par exemple, des informations sur 24 heures à un endroit de votre écran, vous voudrez peut-être les déplacer de temps en temps et utiliser l’écran entier pendant toute la durée de l’utilisation. Une autre solution consiste à mettre en œuvre un contrôleur qui utilise une échelle de gris. C’est plus compliqué ; nous devons calculer l’heure à laquelle les pixels ont été allumés et augmenter la luminosité dans cette zone pour que la luminosité de l’écran reste la même tout le temps.

PMOLED – Écran OLED à matrice passive

L’image ci-dessus en est un exemple concret. Si nous avons un écran OLED et que, normalement, nous avons une montre qui indique l’heure, nous avons les flèches qui se déplacent et nous avons le cercle et la plupart du temps nous avons cette image, alors après quelques mois ou années d’utilisation, nous pouvons avoir une situation où la luminosité du cercle diminue un peu. Bien sûr, cette image est spécialement préparée pour le montrer fortement, les flèches auront une luminosité un peu plus élevée, mais toujours un peu plus faible que la normale, l’arrière-plan n’ayant pas été utilisé si souvent. C’est quelque chose que nous pourrions voir sur les écrans OLED après un certain temps. Dans ce cas, il s’agit de changer de couleur. Nous pouvons changer l’arrière-plan de manière négative, pendant une heure nous avons une montre comme sur l’image, et pendant une autre heure nous allumons l’arrière-plan et ensuite nous éteignons la montre elle-même, nous essayons donc de garder les pixels dans l’état ON en même temps. Ce n’est pas très important dans la plupart des cas, vous n’avez pas à vous en préoccuper, mais si vous avez, par exemple, des informations sur 24 heures à un endroit de votre écran, vous voudrez peut-être les déplacer de temps en temps et utiliser l’écran entier pendant toute la durée de l’utilisation. Une autre solution consiste à mettre en œuvre un contrôleur qui utilise une échelle de gris. C’est plus compliqué ; nous devons calculer l’heure à laquelle les pixels ont été allumés et augmenter la luminosité dans cette zone pour que la luminosité de l’écran reste la même tout le temps.

Comparaison des écrans OLED, STN et VFD

Voyons maintenant la comparaison entre l’OLED passive typique, l’écran LCD monochrome STN et l’écran à fluorescence sous vide VFD, qui est une technologie ancienne. Comme vous pouvez le voir sur l’image ci-dessus, la structure de l’OLED est très simple : une seule couche, un verre de base, et c’est tout. Dans le STN, il y a beaucoup de couches, il faut le rétroéclairage, il faut les polariseurs, il faut d’autres couches, c’est donc beaucoup plus compliqué. L’OLED est très simple, il peut être très fin et nous avons ci-dessous une photo de son aspect.

OLED vs STN vs VFD

Nous pouvons voir l’OLED, le STN et le VFD sous différents angles de vue. L’écran OLED l’emporte, il présente le meilleur contraste et les meilleurs angles de vision, c’est donc un écran parfait d’un point de vue optique. Comme vous pouvez le voir, sur l’écran STN, sous certains angles, nous ne sommes même pas en mesure de voir l’image. Il en sera de même si nous passons aux écrans TFT. C’est pourquoi nous devons utiliser des technologies telles que l’IPS pour voir l’image sous tous les angles. Pour l’OLED, c’est comme ça, sans aucun effort.

AMOLED – écran OLED à matrice active

Le type d’OLED suivant après le PMOLED est l’AMOLED. AMOLED signifie Active Matrix OLED (OLED à matrice active). De même, en passant des écrans monochromes STN aux écrans TFT, puis aux écrans LCD actifs avec les écrans LCD, nous ajoutons des transistors dans chaque pixel. Ainsi, la couche de substrat, l’épine dorsale de l’écran AMOLED, est pratiquement la même que celle de l’écran TFT. Nous avons des transistors qui activent et désactivent les pixels, mais nous n’avons pas de cristaux liquides. Au lieu de cristaux liquides, nous plaçons des couches organiques émettrices de lumière et nous activons et désactivons les diodes qui les recouvrent. La technologie est donc similaire à celle des écrans TFT et c’est pourquoi l’investissement dans l’outillage et la fabrication d’un nouvel écran sont si coûteux, car ils sont comparables à ceux des écrans TFT. L’image ci-dessus montre les premiers appareils qui étaient sur le marché il y a plus de 10 ou 15 ans avec les écrans AMOLED et l’exemple de l’OLED élastique moderne. C’est l’avenir, et nous espérons voir à l’avenir un écran complètement pliable ou enroulable. https://youtu.be/WCvt6uQA1Ec

Qu’est-ce que l’écran Super AMOLED ?

Ensuite, nous avons le Super AMOLED. Les premières Super AMOLEDs étaient appelées… ainsi en raison du toucher à l’intérieur de la cellule. Normalement, nous avons des couches OLED qui émettent la lumière, mais nous n’avons pas le toucher, nous devons l’ajouter. Avec le TFT, cela se fait par une couche supplémentaire, mais avec le Super AMOLED, nous pouvons placer l’écran tactile dans les cellules. Nous ajoutons des connecteurs supplémentaires, nous ajoutons les électrodes de détection et nous avons le capteur tactile dans l’écran. C’est plus rentable. Si nous savons que notre écran OLED sera toujours utilisé avec un écran tactile, ce qui est le cas des téléphones portables ou des tablettes, l’ajout de cet écran réduit le coût, il suffit d’ajouter le verre de couverture sur le dessus et de le laminer.

Interfaces dans les écrans OLED

Aujourd’hui, nous en savons beaucoup sur le PMOLED, l’AMOLED et le Super AMOLED. Parlons des interfaces. Nous avons un cours séparé sur les interfaces d’affichage que vous pouvez trouver ici, mais nous nous concentrons maintenant sur les écrans OLED. Pour les écrans OLED à matrice passive, nous disposons généralement d’interfaces I2C, SPI ou d’anciennes interfaces parallèles, parce qu’elles sont lentes, qu’il s’agit d’interfaces à usage général et qu’elles nécessitent une mémoire dans l’écran lui-même. Nous avons simplement envoyé des informations sur l’activation et la désactivation des pixels et parfois sur les niveaux de gris. Si nous passons à l’AMOLED, nous avons plutôt besoin d’une vidéo à partir d’un écran et nous avons également besoin de toutes les couleurs, etc., nous avons donc beaucoup d’informations à envoyer et les interfaces sont comme MIPI, DSI ou RGB pour certains cas d’utilisation industrielle. La plupart des écrans couleur AMOLED sur le marché seront équipés de l’interface MIPI, qui est une norme pour les téléphones mobiles et les tablettes, voire les ordinateurs portables, et nous devons alors envoyer une nouvelle image 50 ou 100 fois par seconde, de même qu’avec l’interface LVDS.