Yarım santim kalınlığında, 200 ekran büyüklüğünde ve şu an piyasadaki çoğu televizyondan daha az güç tüketen ve kullanmadığınız zaman kıvrılıp dürülebilen, yüksek tanımlı (HD) bir televizyon hayal ettiniz mi? Ya arabanızın öncamı görüntü paneline dönüşebilse, bir kısmında yakıt miktarı, motor ısısı, hız, tork gibi bilgiler, bir kısmında yol haritası görüntülenebilse? Veya elbisenizin monitör gibi olması nasıl olurdu? Bütün bunların hepsi, yakın gelecekte OLED (organic light-emitting diode) teknolojisi ile mümkün olabilir.
Işık yayan organik diyot (OLED) görüntüleyicisi, elektrik verildiğinde ışık yayan organik moleküllerden yapılmış ince filmdir. OLED’ler daha parlak, daha canlı görüntü sağlarken, LED ve LCD görüntü panellerinden daha az enerji tüketir.
Peki OLED nasıl çalışır, ne tür OLED’ler üretilebilir, diğer teknolojilerle karşılaştırılınca avantaj, dezavantajları nelerdir?
OLED bileşenleri
LED gibi, OLED de katı bir yarıiletken cihazdır. 100 ile 500 nanometre (Nanometre: Metrenin milyarda biri.) kalınlığında, ya da yaklaşık olarak insan saçından 200 kat daha incedir. OLED’lerin iki ya da üç organik katmanı vardır, üç katmanlı tasarımda, sonuncu katman, katottan ışık yayan tabakaya elektronların taşınmasına aracılık eder. Bu yazıda, iki katmanlı tasarımı baz alıyoruz.
OLED şu parçalardan oluşur:
Substrat: OLED’i destekleyen, yataklık eden tabakadır.
Anot: Cihazdan akım geçerken, pozitif yüklü oyuklar oluşturur negatif yüklü elektronların geçebilmesi için. Şeffaftır.
Organik katmanlar: Bu katmanlar organik moleküllerden veya polimerlerden yapılır.
İletim katmanı: Bu tabaka organik plastikten (Meselâ polyaniline) imal edilir ve anottan elektron oyukları taşır.
Yayıcı katman: İletim katmanından farklı organik plastikten (Örnek: Polyfluorene) yapılır, katottan elektronları taşır, işte ışık burada oluşur.
Katot: OLED’in tipine bağlı olarak şeffaf olabilir de, olmayabilir de. Katot cihaza gerilim uygulandığında elektronları veren tabakadır.
OLED’lerin üretilişi
Üretimin en büyük kısmını, substrat denilen tabakaya organik katmanların uygulanması işlemi oluşturuyor. Bu da üç şekilde yapılabilir.
Vakumlu yoğunlaştırma: VTE, yani vakumlu termal buharlaştırma olarak da bilinir. Aslında bu işlem hem yoğunlaşma, hem buharlaşmayı içeriyor. Bir vakum odasında, organik moleküller uygun sıcaklıkta ısıtılarak, buharlaştırılır ve yukarıda, soğutulmuş substrat üzerinde ince filmler olarak yoğunlaşması sağlanır. Bu yöntem pahalıdır ve verimli değildir.
Organik buhar değişimli yoğunlaştırma (OVPD): Düşük basınçlı ortamda, duvarları ısıtılmış tepkime odasında, taşıyıcı bir gaz, buharlaşmış organik molekülleri soğutulmuş substrat üzerine taşır ve yine burada bu moleküller yoğunlaşarak ince film hâlini alır. Taşıyıcı gaz kullanılması, verimi arttırır ve OLED üretiminin masrafını azaltır.
Mürekkep püskürtmeli çıktı: Bu teknoloji ile, OLED’ler substrat üzerine aynı çıktı alınırken olduğu gibi mürekkebe benzer şekilde püskürtülür. Bu da, OLED üretim masrafını çok azaltır ve çok büyük görüntü panelleri yapmayı mümkün kılar, 200 ekran televizyon veya elektronik reklam panoları gibi. Yukarıdaki resimde bunun bir örneğini görebilirsiniz.
Peki OLED’ler nasıl ışık yayar?
OLED’ler, LED’lere benzer şekilde ışık yayarlar, elektro-fosforışıma şeklinde.
Olay şu şekilde işliyor:
1. Bir güç kaynağından, OLED’e gerilim uygulanır.
2. Katottan anoda organik tabakaların içinden doğru elektron akışı olur.
Katot, ışık yayıcı organik tabakaya elektronları verir.
Anot iletim katmanından elektronları çeker, yani pozitif yüklü oyuklar verir. (Bu oyuk kavramı yükseköğretim seviyesinde elektronik dersi almış kişilerin müfredatında mutlaka vardır. Ortaöğretimde, meslekî veya meslekî olmayan okullarda anlatılıyor mu bilmiyorum.)
3. Yayıcı ve iletim katmanları arasındaki sınırda, elektronlar, oyukları bularak devresini tamamlar.
Bir elektron, elektron oyuğu bulduğu zaman oraya yerleşir. (Atom’un o orbitalindeki eksik yeri doldurur. Bunu da lise kimya müfredatından hatırlıyorsunuzdur. Hatırlamasanız da ÖSS hatırlatıyor 🙂 1s diye başlıyor hani)
Bu olay meydana geldiğinde, elektron, ışık (foton) şeklinde enerji salar.
4. OLED ışığı yayar.
5. Işığın rengi, yayıcı katmandaki organik molekülün tipine bağlıdır. Üreticiler, renkli OLED görüntüleyicileri yapabilmek için, birden fazla renkli organik film koyar.
6. Işığın parlaklığı veya yoğunluğu uygulanan elektrik akımına bağlıdır, akım arttıkça, parlaklık artar.
Küçük molekül OLED mi, Polimer OLED mi?
1987 yılında, Kodak bilimadamları tarafından ilk OLED’lerde kullanılan moleküller, küçük organik tiplerdi. Küçük moleküller gayet parlak ışık yaymasına rağmen, bilimadamları bu molekülleri vakumlu odada yoğunlaştırma yöntemi ile substratın yüzeyine koymak zorundaydı.
1990’lardan beri, araştırmacılar ışık yaymak için büyük polimer moleküller kullanıyor. Polimerler daha ucuza maledilebiliyorlar ve büyük alanlar üzerine yayılabiliyorlar, bu yüzden büyük ekran görüntü panelleri için daha uygun.
OLED Türleri
Değişik tipte OLED’ler vardır:
- Pasif Matriks
- Aktif Matriks
- Şeffaf
- Tepeden ışık yayan
- Kıvrılabilen
- Beyaz ışık yayan
Herbirinin değişik kullanım alanı var. İlk iki madde piksel sürme modeli, diğerleri katman ve karakteristiğe göre tasniftir.
Pasif Matriks OLED (PMOLED):
PMOLED’lerde katot şeritleri, organik tabakalar ve anot şeritleri vardır. Anot şeritleri, katot şeritlerinin dikine hizalanmıştır. Katot ve anotların birleşme noktaları, ışığın oluştuğu pikselleri oluşturur. Bir devre ile ilgili anot ve katot şeritlerine akım verilir, böylece hangi pikselin yanıp yanmayacağı belli olur. Ve yine, her pikselin parlaklığı uygulanan akımla orantılıdır.
PMOLED’lerin imâli kolaydır ama diğer OLED tiplerinden daha fazla güç tüketirler, ana sebebi ise, sürülmesini sağlayan harici devredir. PMOLED’ler metin ve ikonların görüntülenmesinde çok verimlidir ve en iyi 2-3” köşegen boyuna sahip küçük ekranlara uyar, telefonlar, PDA’lar ve MP3 çalarlarda görebileceğiniz gibi. Bahsedilen devreye rağmen, pasif matriks OLED’ler, mevcut LCD’lerden daha az güç tüketir.
Aktif matriks OLED (AMOLED):
AMOLED’lerin şeritler yerine tam katman katot, organik molekülleri ve anodu vardır, ama anot tabakası ince film transistör (TFT) bir tabaka üzerine yayılmıştır, bu şekilde matriks oluşur. TFT düzeneğinin kendisi, hangi pikselin yanıp yanmayacağını belirleyen devredir.
AMOLED’ler, PMOLED’lerden daha az güç tüketir çünkü TFT düzeneği, harici sürme devresinden daha az güç tüketir, bu yüzden daha büyük ekranlarda verimlidirler. AMOLED’lerin videolar için daha uygun olan daha hızlı bir yenileme süreleri vardır. AMOLED’ler için en iyi kullanım alanları bilgisayar monitörleri, büyük ekran televizyonlar, elektronik işaretçiler (display derdim ama konudan ötürü karışmasın 🙂 Bankalarda falan sıra kaçta, size gelmiş mi, duyuruların yazdığı basit display tipi) ve reklam panolarıdır.
Şeffaf OLED:
Şeffaf OLED olarak anılan cihazların bütün tabakaları şeffaftır, cihaz kapatıldığında, görevi yataklık ve destek olan substrat tabakası dahil, ışığı %85 geçirgendir. Şeffaf OLED açıldığında ise, her iki tarafından da ışık geçebilir. Pikselleri aktif veya pasif matriks ile sürülebilir.
Bu teknoloji ile HUD tipi görüntüleyici imal edilebilir. Meselâ, bu sayede aracınızın camında görüntü elde edebilirsiniz. Savaş uçaklarında daha ilkel hâli görülen HUD görüntüleyicinin çok daha iyisi OLED kullanımıyla otomobillere gelebilir.
OLED’in Avantaj ve Dezavantajları
LCD şu an küçük cihazlarda tercih edilen görüntüleyici tipi ve büyük ekran televizyonlarda da oldukça popüler. Sıradan LED’ler genelde dijital saatlerde rakamlar şeklinde veya diğer elektronik cihazlarda benzer şekillerde kullanılır. OLED’in ise, ikisine göre de avantajları var:
- OLED’in plastik, organik tabakaları daha ince, daha hafif, daha esnektir, LED veya LCD’deki kristal yapı ile karşılaştırılırsa.
- OLED’in ışık yayan katmanları hafif olduğundan, substrat tabakası sert yerine, esnek olabilir. Substratı LED ve LCD’de kullanılan cam yerine plastik olabilir.
- OLED’ler, LED’lerden daha parlaktır. OLED’in organik katmanları, LED’in inorganik katmanlarından çok daha ince olduğundan, OLED’in iletim ve ışıma yapan katmanları birden fazla olabilir. Ayrıca, LED ve LCD’ler destek için cama ihtiyaç duyar ve cam da biraz ışık emer. OLED’lerin cama ihtiyacı yoktur. Camlar %100 geçirgen değildir, sağlamlık için belli kalınlıkta imal edilmedilirler. Camın karakteristiğini istenen hâle getirmek için, tahmin edemeyeceğiniz kimyasal maddeler üretimi sırasında karışımına koyulur.
- OLED’lerin, LCD’ler gibi arkadan aydınlatmaya ihtiyacı yoktur. LCD’ler, arkadan gelen ışığın önünü keserek çalışır, OLED’ler ise ışığı kendileri üretir. OLED’lerin arka aydınlatmaya ihtiyacı olmadığından, LCD’lerden çok daha az güç tüketir, çünkü LCD’de tüketilen gücün çoğu arka aydınlatmaya gider. Bu da, batarya ömrünün önemli olduğu taşınabilir cihazlarda çok önemlidir.
- OLED’lerin üretimi daha kolaydır ve daha büyük boyutlarda üretilebilirler. OLED’ler aslında plastik olduğundan, ince, büyük yaprakların üzerine işlenebilirler. Aynı piksel miktarını verecek kadar likit kristali yerleştirmek ise çok daha zordur.
- OLED’lerin geniş görüş açısı vardır, yaklaşık 170 derece. LCD’ler arkadan gelen ışığı keserek çalıştıklarından, belli açılardan görülebilirler. OLED’ler kendileri ışık ürettiğinden, görüş açıları daha geniştir.
OLED’in sorunları:
OLED bütün görüntüleyici cihazlar için mükemmel görünüyor, ama bazı sorunları da var:
- Kırmızı ve yeşil OLED filmler uzun ömre sahipken (46 – 230 bin saat) , mavinin daha az ömrü vardır (14 bin saat civarında.) Ama bu konuda geliştirmeler sürekli devam ediyor.
- Üretimleri şu aşamada çok pahalı.
- Sudan çok kolay zarar görüyorlar.
OLED nedir, hangi yollarla üretilir, nasıl tipleri vardır, nerelerde kullanılır, yüzeysel bir şekilde bilgi sahibi oldunuz. Organik maddeden ışık elde edilmesi yaklaşık 50 yıl öncesine dayanıyor. Ama OLED olarak bilinen teknolojinin başlangıcı, Kodak ile 20 yı öncesine dayanıyor. Üzerinden çok vakit geçti, ama hâlâ geliştirmesi sürüyor. Ucuza imal ve kullanımının yolu, beraberinde kaliteli görüntü ve ışık ile, bulunmuş olsa da, henüz malesef üretim olarak o seviyeye ulaşılamadı. Ama ilerleyen yıllarda olacağını umuyoruz.
Şu an televizyon, monitör, taşınabilir medya oynatıcılar, fotoğraf makinelerinin ekranı gibi birçok alanda kullanımda. Ucuzluk ve ömür ve toplu üretim konusunda istenen verim sağlanınca, şu an CRT’ye baktığınız gibi, belki ileride LCD’lere bakarsınız.
