OLED schermen

Sony Xel 1 Oled

Terwijl de nieuwste televisieschermen zweren bij LED-technologie, staat er een volgende soort tv's klaar: de
OLED-schermen zouden over een paar maanden massaal in de toonzaal kunnen verschijnen.

OLED is een vernieuwende schermtechnologie die bestaat uit organische polymeren. Die lichten op als ze onder spanning komen te staan. Anders bekeken: de beeldpuntten geven zelf licht.

Sony en Samsung lieten echter eerder al een OLED-scherm zien, en nu lanceert ook LG er eentje. 'Eentje', want OLED-schermen zijn voorlopig nog heel klein. In het geval van dit scherm van LG is dat 15 inch. De OLED-technologie begint immers nog maar pas te ontluiken en wordt bovendien vooral in kleine display's gestopt, zoals gsm's of fototoestellen.

Optimus Maximus toetsenbord

Anderzijds gaat de ontwikkeling snel: bij de lancering van deze 15 inch belooft LG dat het al 'heel ver' staat met de ontwikkeling van een scherm van 40 inch, en dat we het toestel in de nabije toekomst in de winkel mogen verwachten.

De 15 inch van LG wordt nog voor het eind van het jaar geïntroduceerd in Korea, daarna in de rest van de wereld.

In tegenstelling tot LCD is er geen achtergrondverlichting nodig. Het scherm verbruikt dan ook minder elektriciteit. Bovendien kan ieder beeldpunt van extreem helder tot helemaal uitgeschakeld zijn, wat resulteert in een ongelooflijk scherp contrast. Daarbij komst dat zowel kleurenweergave als responstijd (de snelheid waarmee het beeld wordt opgebouwd) beter zijn dan bij de huidige generatie tv-schermen. OLED-schermen zijn ook veel dunner en daardoor mooier.
Grootste nadeel is momenteel de prijs. Het scherm van 11 inch van Sony, de XEL-1, kost zo'n 3000 euro. Pas als de technologie helemaal doorbreekt, zal daar soelaas in komen. Voorts zijn er vragen over de levensduur van een OLED-scherm, die korter zou zijn dan de flat-screens die nu het meest gekend zijn zoals plasma, LCD, en LED-LCD.

De OLED technologie heeft, net zoals LTV en SED, de laatste tijd een hype rond zich gekend. Het verschil met die twee andere technologieën zit hem echter in het feit dat OLED al concrete resultaten heeft kunnen voorleggen en voor sommige toepassingen zelfs al commercieel beschikbaar is. OLED beeldschermpjes kan je nu al terugvinden in de MP3-spelers van Sony en Creative, de GSM’s van Sony Ericsson en Motorola, digitale camera’s van Kodak, … Ook zouden de nieuwe generatie iPod’s met een OLED schermpje komen en wie heeft er ondertussen nog niet gehoord van een Optimus Maximus keyboard waar iedere toets een programmeerbaar OLED schermpje bevat van 48x48 pixels...

De ontwikkeling van OLED is echter nog steeds in volle gang. Bedrijven zoals Samsung, LG.Philips en Sony onderzoeken een schare aan nieuwe toepassingen, waaronder grote beeldschermen, flexibele displays, doorzichtige OLED schermen, verwerking van OLEDs in kledingvezels, … Europa bekijkt momenteel of OLEDs als openbare verlichting gebruikt kunnen worden en Amerikaanse wetenschappers onderzoeken de mogelijkheid van ‘OLED verf’ waarmee je een beeldscherm zomaar op de muur kan schilderen. Klinkt indrukwekkend, maar wat zijn OLED’s nu juist?

De technologie
OLED is de afkorting van Organic Light Emitting Diode. Het is met andere woorden een simpele lichtgevende halfgeleider op basis van organische stoffen. Om maar meteen met het grootste misverstand komaf te maken: organisch wil niet zeggen biologisch. Veel mensen denken bij de term ‘organisch’ meteen aan levende, natuurlijke stoffen, maar niets is minder waar. Organische stoffen is de verzamelnaam voor alle koolwaterstofverbindingen, ofte zowat alle producten die de chemische industrie uit aardolie produceert. In dat opzicht zijn LCD’s ook organisch, maar bij OLED wordt ‘organisch’ expliciet vermeld om het verschil met gewone LED’s, die uit metaalkristallen bestaan, aan te duiden.

Plooibaar OLED schermpje

OLED’s komen dus uit een chemische fabriek, en dan nog wel in een semi-vloeibare vorm. Hierdoor is het productieproces van OLED beeldschermen redelijk simpel en goedkoop. De OLED-brij wordt verwarmd en vloeibaar gemaakt en dan met behulp van een inkjetproces op een plaat, het zogenaamde substraat, geprint. Dit substraat kan een stevige kunststof zijn om bijvoorbeeld een televisiescherm mee te maken, maar kan ook flexibel PET zijn. Als je het substraat buigt, buigen de OLEDs gewoon mee. Buigbare en zelfs oprolbare beeldschermen worden hierdoor mogelijk.

OLED’s zenden zelf licht uit, en de chemische samenstelling ervan bepaalt de kleur. De OLEDS zijn slechts enkele moleculen groot en zijn dus niet vergelijkbaar met gewone LEDs. De vloeibare OLED-materie wordt tussen twee doorzichte geleiders, meestal van indium tin oxide (ITO) en aluminium, aangebracht. Deze geleiders kunnen met hetzelfde inkjet printproces op het substraat worden aangebracht. Op de ene geleider wordt een positieve lading aangebracht, op de andere geleider een negatieve. De positieve en negatieve ladingen reizen door de OLED materie naar elkaar toe en neutraliseren elkaar. De energie die hierbij vrijkomt wordt in licht omgezet.

Doorsnede OLED (Philips)

De voordelen die OLED's op traditionele TFT LCD's biedt zijn haast eindeloos. Om te beginnen straalt een
uitgeschakelde OLED geen licht uit. Een zwarte pixel is dus echt zwart (zie ook SED) en niet donkergrijs zoals op een LCD. Ook de contrastratio’s worden astronomisch hoog, tot 1.000.000:1. Omdat OLEDs zelf licht uitstralen is er ook geen nood meer aan een backlight, de lamp die zich achterin een LCD beeldscherm bevindt. Hierdoor worden de schermen zeer dun en verbruiken ze zeer weinig stroom. Dit laatste is ook de reden waarom je al frequent OLED schermpjes in draagbare toepassingen zoals GSM’s en MP3-spelers terug kan vinden.

Oled scherm CES beurs

Bij een LCD wordt meer dan twee derde van het licht van de backlight geabsorbeerd door allerhande filters. 

Dit zorgt ervoor dat dergelijke beeldschermen slechts in staat zijn 40 tot 75% van het volledige 16,7 miljoen kleuren tellende NTSC kleurenspectrum weer te geven. OLEDs daarentegen hebben deze beperking niet. De afwezigheid van de filters zorgt er ook voor dat de zichtbaarheidshoek van een OLED scherm 90° benadert, zonder vervorming of beeldverlies. De reactietijd van een OLED bevindt zich in de rangorde van enkele honderdsten van een milliseconde, terwijl deze van een LCD pixel zich in de milliseconden bevindt.

Momenteel onderzoekt men de Stacked OLED technologie, waarbij drie gekleurde OLED’s achter (bovenop) elkaar gestapeld worden. Bij een LCD worden de drie kleurensubpixels (rood, groen en blauw) naast elkaar geplaatst. SOLED zorgt ervoor dat de resolutie van het beeldscherm drie keer zo hoog ligt als dat van een even groot LCD scherm. Ook de kleurenweergave verbetert drastisch.

Een andere technologie is Transparent OLED dat in staat is invallend licht (gedeeltelijk) door te laten. Deze technologie biedt grote mogelijkheden aan beeldschermen die in daglicht (buitenshuis) gebruikt moeten worden. Het invallend zonlicht wordt gewoon doorgelaten in plaats van teruggekaatst waardoor een TOLED beeldscherm in direct zonlicht even leesbaar als een krant is.

Toshiba OLED scherm

Maar… Natuurlijk moét een verhaal dat zo veelbelovend als OLED klinkt een maar hebben. Bij OLED is

de maar drievoudig. Allereerst is er de kwestie van de levensduur. Organische halfgeleiders hebben een relatief beperkte levensduur en zo gaan OLEDs momenteel slechts 5.000 uren mee. Om commercieel levensvatbaar te zijn moet een beeldscherm vandaag de dag toch minstens vier keer zo lang mee gaan. Recent is men er in geslaagd deze levensduur voor de meerderheid van de OLED’s te bereiken, maar de blauwe OLED blijft nog steeds het zorgenkind.

De volgende maar betreft het milieu. In deze Kyototijden (markant detail: één van de OLED onderzoeksinstituten bevindt zich in Kyoto) speelt de impact op het milieu een grote rol. De productie van OLEDs is nu niet meteen de meest propere tak van de chemische industrie. Ook het gebruik van het chemische element Indium, dat nauw verwant is aan Cadmium, kan in de toekomst wel eens een probleem vormen (noot: ook LCD’s gebruiken Indium). Momenteel onderzoekt men zinkoxide en koolstof nanobuisjes als alternatief.

De derde maar heeft betrekking tot onze portefeuille. Alhoewel OLED beeldschermen theoretisch goedkoper dan LCD’s moeten zijn (dankzij het relatief eenvoudige inkjetproces) is dit in de praktijk verre van zo. Vooral het chemische productieproces speelt de bedrijven momenteel nog parten. Dit is ook een van de redenen waarom we enkel nog maar kleine OLED schermpjes op de markt hebben gezien. Het productieproces staat nog niet op punt en kost momenteel nog te veel. Wat de kleine schermpjes voor draagbare toepassingen betreft, zijn er gelukkig al veel vorderingen gemaakt: deze beginnen de prijs van een vergelijkbaar TFT-schermpje te benaderen.

Sony OLED mini TV

Wat de prijsimpact van grote OLED schermen zal zijn is nog niet duidelijk, simpelweg omdat deze nog niet
productieklaar zijn. Sony brengt dit najaar alvast kleine 11″ OLED televisies op de markt, volgens het bedrijf tegen ‘een veelvoud van de prijs van een vergelijkbaar scherm’. Het is Sony dan ook te doen om de OLED productie zo snel mogelijk op te starten en uit te bouwen. Eens dit op kruissnelheid zit zou de prijs sterk moeten dalen.

Naast Sony vormen Samsung en LG, is Philips de koplopers in het OLED-strijdperk. Deze laatsten hebben onlangs enkele prototypes aan het publiek getoond, waaronder een buigbaar scherm en eentje met een dikte van slechts 150 nanometer (de dikte van een mensenhaar). Ook General Electric, het tweede grootste bedrijf ter wereld, heeft zich volledig op OLED gestort. Zij zijn vooral geïnteresseerd in militaire (waaronder head-up displays) en verlichtingstoepassingen. Zo onderzoeken ze een OLED-verf die je op de muren kan schilderen. Hierdoor geven de muren een egaal en uniform licht af, dat veel efficiënter dan traditionele verlichting is (en ook geen schaduwen maakt). Toshiba, dat SED heeft laten varen, concentreert zich nu ook op OLED. Andere bedrijven onderzoeken dan weer de verwerking van OLED's in kledingvezels, om zo ‘adaptieve’ kleding te maken. De mogelijkheden zijn werkelijk legio.

Voor en nadelen
Zeer duur

Ultra-hoog constrast

Korte levensduur

Lage responstijd

Milieuvriendelijk

Laag verbruik

Geringe dikte

Full Color mogelijk

Veel toepassingsmogelijkheden
Prijs is nog niet gekend

Conclusie
Tot op heden is OLED de meest belovende nieuwe beeldschermtechnologie die er is én heeft deze al concrete resultaten opgeleverd. OLED staat echter nog steeds in zijn kinderschoenen, en wie zich een OLED-beeldscherm wil aanschaffen zal nog wat geduld moeten uitoefenen. De eerste ‘grote’ schermen (19″ en groter) worden voor volgend jaar verwacht, tegen een meer dan waarschijnlijk astronomische prijs. Het zal sowieso nog enkele jaren duren vooraleer OLED gemeengoed geworden is, maar het ziet er in ieder geval goed uit. OLED is ook een technologie die veel meer dan puur beeldschermen omvat. We gaan deze technologie in de toekomst in heel wat vormen nog terugzien.

LED-LCD schermen

Led-TV's voor in de huiskamer zijn niet te verwarren met enorm grote led-schermen die men gebruikt in voetbalstadions of andere evenementen. Het is al evenmin te vergelijken met een ambi-light. Het is een totaal andere technology.

Bij televisies voor voetbalstadions is het scherm zelf opgebouwd uit afzonderlijke led-lampjes (iets minder dan een stuk of 4 in een vierkante centimer) die verspringen van kleur wanneer het beeld dit vraagt. De enorme Mitsubishi-schermen bijvoorbeeld is gemaakt met duizenden LED's die worden gebruikt om het beeld meteen te produceren. Samsung's "LED" TV's daarintegen zijn eigenlijk LCD-schermen. Ja u hoort het goed! Het zijn eigenlijk geen echte LED-TV's.

Klinkt dit alles een beetje verwarrend?
Gelukkig maken maken we voor u het even duidelijk. Samsung's televisies gebruiken een serie LED's om het paneel te verlichten. Tal van andere merken doen dit ook.
Maar wat is "backlighting" nu eigenlijk.

Waarom hebben LCD schermen een backlight nodig?
LCD is een geconsumeerde technologie die al sinds de vroege jaren '70 wijd verspreidt is. Het verscheen voor het eerst in digitale horloge. De kostprijs was haalbaar om het zo'n kleine schermpjes waren. Grotere schermen zoals we die de dag van vandaag kennen zouden toen te veel fouten bevatten en zeer duur zijn. Nu, om verder te gaan. LCD staat eigenlijk voor Liquid Crystal Display en is een vloeistof die ingesloten (gesandwiched) zit tussen 2 platen, en het veranderd wanneer een verandering in elektriciteit voorkomt, aan of uit, dit wordt door een circuit veroorzaakt die de "stroomstootjes" doorgeeft.

Daar we zwart en wit LCD's gewoon waren voor een 40 tal jaren, zijn gekleurde LCD's veel recenter, zeg maar vanaf de jaren 2000. De technologie is nogthans hetzelfde. Zoals we allemaal wel weten moeten we op een knop duwen om een horloge te kunnen bekijken in het donker, een LCD-TV is niet anders. Het heeft achteraan een light nodig omdat het geen licht maakt op zijn eigen. Er zijn veel soorten backlight technologieen, sommige zijn zelfs uitgerust met een fluoriseerdende buis als achtergrond.

Welke soorten backlight zijn er?

Doorsnede van een CCFL-backlight LCD,
hier zie je de verschillende polariserende lagen,
filters en de dunne fluoriserende buizen (rechts)
(Try Pendlebury)

Momenteel zijn de 2 meest gebruikte methoden van backlight in LCD flat-panels: Cold Cathode Fluorescent Lamp (CCFL) en LED (Light-Emitting Diode). Er zijn nog tal van andere methoden, ondermeer de Hot Cathode Fluorescent Lamp (HCFL) van Sony, maar dit is enkel van toepassingen op 1 televisie de Sony Bravia KDL40WE5, is zou om een backlight met groene energie gaan.CCFL is de meest verspreide methode en bestaat uit en serie van horizontale buizen achter het scherm. LED backlight's zijn nog altijd relatief raar, in 2009 werden ze wereldwijd beschikbaar en betaalbaar voor de gewone consument.

Maar ze bestaan al vanaf 2004, voor het eerst verschenen in aan Sony WEGA televisie. Maar er zijn, al weer, een paar verschillende soorten methoden bij de LED-backlight's. We gaan hier kort op in, voornamelijk zijn de ideeen het zelfde: vele LED 'bulbs' worden gebruikt om het scherm te verlichten. We bepreken hieronder de verschillen.

Direct (recht op) of Edge (zijkant) gemonteerd?
Er zijn twee soorten methoden LED backlighting: Direct an Edge. De grootste voordeel bij direct lighting is dat het kan gebruikt worden om het contrast te verbeteren door sommige LED's af the zetten. Dit verbeterd de zwarte delen in het beeld. De meeste van de nieuwe LED-schermen zijn met deze technologie uitgerust. LG is zo'n producent die deze technologie gebruikt.

In vergelijking, edge-lighting's grootste voordeel is dat het schermen kan maken die zeer, zeer dun zijn. De LED's zijn gemonteerd aan de zijkant in plaats van achteraan het scherm. Natuurlijk verlies je de mogelijkheid om deeltjes uit te schakelen om een beter contrast te hebben en de kwaliteit van het beeld kan verzwakken als het licht niet voldoende verspreid is.

Wit of RGB lichten?

Een rand-gemonteerd,
witte LED module
(Ty Pendelbury)

Witte LED's zijn zeer vergelijkbaar met CCFL omdat het een blauw light gebruikt dat is gemaakt om er wit uit te zien door het aanwezig zijn van een sulphur coating op de bulb. Het resultaat is dat de televisie meer potentieel en sterker zal zijn in het groene deel van het spectrum. Er zijn CCFL technologie's die het mogelijk maken om beter rood en blauw weer te geven, betere witte LED's zouden ook de mogelijkheid bieden om kleuren beter weer te geven. De Samsung UA40B7100 bijvoorbeeld gebruikt

RGB LED's, aan de andere hand, zijn meer geschikt om een groter aspect van kleuren weer te geven omdat deze 3 LED's gebruiken: rood, blauw en groen (RGB). Televisie's waren vroeger ook voorzien van het RGB-stelsel. Een goed argument hierbij is dat er minder gepushed moet worden om een groenen resultaat te verkrijgen en het kleuren spectrum is uiteindelijk ook veel meer hangbaar en in gebruik. De Sony Bravia KDL-46XBR45 is een voorbeeld van een televisie dat RGB LED's gebruikt in zijn backlights.

RGB backligh (Samsung)

Samsung's technologie onder de microscoop
Het Koreaanse bedrijf met zijn edge-lit LED-backlight technologie versmelt 2 grote componenten in elkaar: een lange LED module met een rij kleine witte diodes en een dunne scherm-grote plastieken vel, gekent als een licht doorlatende plaat. Vier LED modules worden gemonteer langs de linker, rechter, boven en onderkant van het paneel. De bundel met gecombineerd licht wordt daarna gekanaliseerd en uiteindelijk herverdeeld over het scherm.

Van essentieel belang is dat het edge-lit LED systeem geeft geeb fijne backlight controle nodig in vergeleken met zijn voorganger.

Samsung's edge-lit scherm
benodigd een licht-gids,
die het mogelijk maakt om
licht te produceren over het scherm
(CNET Asia)

Om dit aan te tonen, een Samsung series 9 paneel can geselecteerde LED's doen oplichten om de blinkende sterren in een melkwegstelsel te tonen, terwijl het de overige bulbs afzet om een diep zwarte achtergrond te creëeren. In het geval van de nieuwe LED TV's zijn de lichtjes gemonteerd ter hoogte van het scherm zelf, zodat er een contrast onstaat tussen scènes met zowel lichte en donkere delen.

's Werelds grootste LCD beeldscherm (108")

Schematische voorstellen van een LCD scherm

Het kleuren-pallet
LCD’s gebruiken een min of meer traditionele gasontladingslamp die zich achterin bevindt (vandaar de warmte achteraan je LCD paneel) om licht uit te stralen. Dit licht is echter niet uniform en krachtig genoeg om alle 16,7 miljoen kleuren in het NTSC spectrum te genereren. Door de gasontladingslamp te vervangen door krachtige LED’s slaagt men hier echter wel in. Het aantal mogelijke kleuren benadert nu de volle 16,7 miljoen en sommige fabrikanten claimen er zelfs meer te kunnen maken. Bovendien wordt het paneel veel dunner en verbruikt het minder, ideaal voor mobiele toepassingen. Benieuwd hoe het werkt? We nemen even een kijkje.

Net zoals bij plasma bestaat een pixel in een LCD scherm uit drie gekleurde subpixels: rood, groen en blauw, allemaal van twee elektrodes voorzien. De subpixel is nu echter geen vaatje met edelgas maar een of meerdere doorschijnende vloeibare kristallen. Wanneer de elektrodes onder spanning gebracht worden ’stolt’ het vloeibare kristal en laat het het licht, afkomstig van de backlight, een krachtige lamp achterin het LCD scherm, niet meer door.

Door met de spanning te spelen kan de doorlaatbaarheid van de pixel geregeld worden en kunnen er zo zeer veel kleuren gecreëerd worden. LCD’s hebben echter enkele problemen.
De grootste hiervan is de doorlaatbaarheid van de pixel. Zelfs al is deze volledig ‘gestold’, nog steeds laat het kristal een klein beetje licht door. Een zwart beeld is daardoor nooit echt volledig donker, zoals bij pakweg plasma, je ziet er een schijn van grijs in hangen.

Een ander probleem is de backlight. Dit zijn vooral traditionele gasontladingslampen, maar die geven geen egaal licht af. Om het licht egaal over het paneel te verspreiden moet men van speciale reflectors gebruik maken, maar echt ideaal is dat niet. Zelfs bij de beste LCD’s zie je vaak nog een onevenwichtige lichtverdeling, zeker als het beeld volledig zwart is. Een ander nadeel zijn de vele filters of polarisers die een LCD nodig heeft om het licht van de backlight aan te passen. Deze moeten ontworpen worden voor een bepaalde lichtspectrum, maar het spectrum van een backlight is niet zo makkelijk te voorspellen. Hierdoor wordt 30 tot 50% van het spectrum en dus de mogelijke kleuren weggefilterd.

Gelukkig zal dit binnenkort allemaal veranderen. Enkele fabrikanten zijn op het, sta ons de woordspeling toe, lumineuze idee gekomen om die hinderlijke backlight gewoon te vervangen door egaal witte LED’s. Niet alleen zijn deze krachtiger dan standaard backlights, ze verbruiken ook minder stroom, worden minder warm, zijn veel kleiner en hebben een voorspelbaar spectrum. Door gebruik te maken van LED’s kan men het stroomverbruik van een LCD tot drie keer toe reduceren, worden de schermen meer dan twee keer dunner, stijgt de helderheid en kan bijna de volle 100% van het NTSC kleurenspectrum worden weergegeven.

Klinkt mooi? Het wordt nog mooier als je weet wanneer deze technologie op de markt komt: namelijk vandaag. De nieuwste Mac iBooks zijn nu al met LED backlight verkrijgbaar, alsook enkele laptops van Dell. Nec en Hitachi hebben op dit moment ook desktopschermen met LED backlight in de steigers staan. Tegen het einde van dit jaar zullen deze beeldschermen zeker een sterke aanwezigheid op de consumentenmarkt uitgebouwd hebben.

OLED en UHD televisie
OLED is een LCD technologie die nog scherper beeld kan weergeven en maakt gebruik van afzonderlijke LED die kunnen aan of uitgeschakeld worden om zo een beter contrast te krijgen.

UHD is de naam voor Ultra High Definition en duid hiermee aan dat de bron en de het beeldscherm een resolutie van 4k of meer bevat of  kan afspelen.

Meer info over hoe LCD-technolgie werkt