Первые в органике: OLED-дисплеи компании Winstar

5 июня 2012

Компания Winstar была образована в 1998 году в Тайване. На сегодняшний день в компании работают более двух тысяч сотрудников, задействованных на производстве и в филиалах компании. Основные производственные мощности находятся в соседнем Китае, а филиалы — по всей Евразии: в Италии, Индии, Китае, Тайване [1].

За неполные два десятилетия компания добилась значительных успехов в развитии и завоевала свою долю рынка устройств отображения информации. Всего два года спустя после образования были запущены производства в Китае. В 2001 году продукция компании получила подтверждение о соответствии уровню качества ISO9000, а в 2004 г. — ISO9000:2000.

В 2006 году были запущены линии производства TFT-дисплеев, в 2008 г. — OLED, в 2009 г. — E-Paper.

На данный момент уровень организация производства и продукция соответствуют стандартам: ISO 9001: 2008; ISO 14001; ISO TS16949; MIL-STD-105E; RoHS и SVHC.

Сама Winstar представляет собой уже группу из пяти компаний (рис. 1):

• Vanstar- завод по производству ЖК-дисплеев, основанный в 2010 году, выпускает ЖК-дисплеи типов: TN/HTN/STN/FSTN/Black Mask/Silk Ink;
• Winstar- основные производственные мощности компании, расположенные в городе Чан Жу провинции Чансу- более 900 сотрудников;
• Orange Electronic;
• Electrolyze Water System;
• WizCard Technology Inc.

Рис. 1. Структура группы компаний Winstar

В основном Winstar специализируется на производстве текстовых и графических дисплеев, выполненных по различным технологиям, начиная от привычных ЖК до «электронной бумаги». В спектре поставок компании — дисплеи LCD-, TFT-, OLED-, E-Paper-, TAB-, TN-, STN-типов, ориентированные на применение в:

• Промышленных контроллерах и средствах визуализации технологических процессов;
• Автомобильной индикации;
• Телекоммуникационном оборудовании;
• Бытовой электронике;
• Бытовой технике;
• Медицинском оборудовании;
• Средствах автоматизации.

Производственные мощности позволяют выпускать за месяц в среднем:

• 1,2 млн. штук LCD-модулей;
• 60 тысяч ЖК-панелей 14х16 дюймов;
• 300 тысяч OLED-модулей;
• 200 тысяч TFT-дисплеев;
• 100 тысяч дисплеев типа «электронная бумага».

Продукция компании поставляется ведущим производителям электроники более чем в 30 странах мира. Так, 34% экспорта продукции приходится на европейский рынок, включая российский, 26% — на американский и порядка 40% — на азиатский (из них около 29% — это Китай и Тайвань).

Технология OLED

Winstar первая среди мировых компаний разработала широкий спектр OLED-дисплеев с пассивной матрицей, совместимых с большинством стандартных LCD-дисплеев. Она также первая вывела на рынок текстовые OLED-дисплеи типа COB. Повыводная и программная совместимость позволяют разработчикам электронных устройств без каких-либо усилий и затрат перейти на новый тип дисплеев, существенно улучшив эксплуатационные и эргономические характеристики конечной продукции [2].

Базовая ячейка OLED-структуры (рис. 2) представляет собой несколько разнотипных слоев органической пленки, расположенных между двумя металлическими электродами, один из которых чаще всего является подложкой, а второй — прозрачный, нанесенный поверх органических слоев. Для защиты вся структура закрывается тонкой стеклянной пластинкой.

Рис. 2. Внутренняя структура OLED-дисплеев

Слои металлизации и органические слои наносятся непосредственно на изолированную подложку, чаще всего стеклянную. Слой транспорта электронов, светоизлучающий слой и слой эмиссии неосновных носителей (дырок) между электродами образуют структуру, функционирующую как обычный полупроводниковый светодиод.

Так как один из органических слоев (верхний) является светоизлучающим, OLED-дисплеи не нуждаются в подсветке, как LCD, или в отраженном или падающем освещении, как LCD и E-Paper. Одним из основных плюсов OLED-дисплеев является их малая толщина. По сути, она определяется требованиями к прочности конструкции и условиями эксплуатации конечного продукта.

К другим достоинствам OLED-дисплеев относятся:

• Высокая яркость (до 90 кд/м²) и большой выбор цветов излучения (рис.3);
• Высокая контрастность (>2000:1);
• Малое время отклика (порядка 10мкс);
• Низкое энергопотребление (<200мВт);
• Широкий угол обзора (>175 градусов) как по вертикали, так и по горизонтали;
• Широкий диапазон температур -40…80°С.

Рис. 3. Цветовая гамма OLED-дисплеев Winstar

Winstar предлагает OLED-дисплеи практически для любых задач отображения информации — текстовые, пиктограммные, графические, рассчитанные на коммерческое и промышленное применение.

Применение в потребительской электронике:

• Аудиосистемы;
• Таксофоны;
• Автомобильные индикаторы;
• Домашние телефоны;
• Часы;
• Дисплеи принтеров, многофункциональных устройств.

Промышленные области применения:

• Счетчики тепла, электричества, воды, газа и пр;
• Медицинское оборудование;
• Автоматические и автоматизированные системы;
• Системы обеспечения бесперебойного питания;
• Телекоммуникационное оборудование.

Текстовые OLED-дисплеи

Наверное, наиболее распространенным типом дисплеев являются простые текстовые, позволяющие отображать символы одного или нескольких алфавитов, цифры, специальные символы.

В линейку поставок текстовых OLED-дисплеев входят привычные одно- и двухстрочные дисплеи с 16 символами в строке, представленные практически в полной цветовой гамме. Интересным предложением компании являются расширенные дисплеи с двадцатью символами в строке, имеющие две или четыре строки. Для ряда приложений будет подходящим один из рекордных по длине дисплеев — WEH004002A, имеющий две строки по 40 символов в каждой (рис. 4).

Рис. 4. Текстовый OLED-дисплей WEH004002A

Графические OLED-дисплеи

Графические дисплеи предназначены для устройств с мультимедийными функциями, а также для оперативного отображения информации о событиях или процессах. Они отличаются несколько иной компоновкой активных точек в области отображения, а также индивидуальным управлением точками.

Winstar предлагает графические OLED-дисплеи с размерами 50х16, 76х16, 100х16, 100х32, 200х16 точек (рис. 5). Благодаря особенностям технологии изготовления OLED-дисплеи имеют достаточно малый размер точек (пикселей) и малое расстояние между ними — порядка 0,02 мм (для сравнения: для VFD-дисплеев зазор между точками/элементами изображения порядка 0,05 мм). В итоге изображение становится более «гладким», это касается и текстовых символов.

Рис. 5. Графический OLED-дисплей WEG010032B

Пиктографические дисплеи, как правило, изготовляются на заказ.

Толщина дисплеев, представленных в таблицах 1 и 2, лежит в пределах от 9,3 до 11 мм.

Таблица 1. Текстовые OLED-дисплеи Winstar  

Модель	Формат: символов х строк	Внешний вид	Размеры модуля (ШxВ), мм	Эффективная область отображения (ШxВ), мм	Размер точки (ШxВ), мм	Метод управления (скважность)	Цвет
							Y	G	R	B	W
WEH001202A	12х2		55,7х32,0	46,0х14,5	0,45х0,6	1/16	Y	Y	Y
WEH001601A	16х1		80,00х36,00	66,00х16,00	0,55х0,75	1/8	Y	Y	Y	Y	Y
WEH001602A	16х2		80,00х36,00	66,00х16,00	0,55х0,65	1/16	Y	Y	Y	Y	Y
WEH001602B	16х2		122,00х44,00	99,00х24,00	0,90х1,06	1/16	Y	Y	Y	Y	Y
WEH001602C	16х2		85,00х36,00	66,00х16,00	0,55х0,65	1/16	Y	Y	Y	Y	Y
WEH001602D	16х2		85,00х30,00	66,00х16,00	0,55х0,65	1/16	Y	Y	Y	Y	Y
WEH001602E	16х2		84,00х44,00	66,00х16,00	0,55х0,65	1/16	Y	Y	Y	Y	Y
WEH002002A	20х2		116,00х37,00	85,00х18,60	0,60х0,65	1/16	Y	Y	Y	Y	Y
WEH002004A	20х4		98,0х60,0	70,0х25,2	0,54х0,55	1/16	Y	Y	Y
WEH002004B	20х4		98,0х60,0	70,0х25,2	0,54х0,55	1/16	Y	Y	Y
WEH004002A	40х2		182,00х38,50	154,40х16,50	0,57х0,65	1/16	Y

Таблица 2. Графические OLED-дисплеи Winstar  

Модель	Формат: точек по горизонтали х по вертикали	Внешний вид	Размеры модуля (ШxВ), мм	Эффективная область отображения (ШxВ), мм	Размер точки (ШxВ), мм	Метод управления (скважность)	Цвет
							Y	G	R	B	W
WEG005016A	50х16		58,0х32,0	38,0х16,0	0,56х0,66	1/16	Y	Y	Y	Y
WEG007616A	76х16		55,7х32,0	46,0х14,5	0,45х0,60	1/16	Y	Y	Y
WEG010008A	100х8		80,00х36,00	66,00х16,00	0,55х0,75	1/8	Y	Y	Y	Y	Y
WEG010016A	100х16		80,00х36,00	66,00х16,00	0,55х0,65	1/16	Y	Y	Y	Y	Y
WEG010016B	100х16		122,00х44,00	99,00х24,00	0,90х1,06	1/16	Y	Y	Y
WEG010016C	100х16		85,00х36,00	66,00х16,00	0,55х0,65	1/16	Y	Y	Y	Y	Y
WEG010016D	100х16		85,00х30,00	66,00х16,00	0,55х0,65	1/16	Y	Y	Y	Y	Y
WEG010016E	100х16		84,00х44,00	66,00х16,00	0,55х0,65	1/16	Y	Y
WEG010016F	100х16		116,00х37,00	85,00х18,60	0,60х0,65	1/16	Y	Y		Y	Y
WEG010032A	100х32		98,0х60,0	77,0х25,20	0,54х0,55	1/16	Y	Y	Y
WEG010032B	100х32		98,0х60,0	77,0х25,20	0,54х0,55	1/16	Y	Y	Y
WEG020016A	200х16		182,0х38,5	154,4х16,50	0,57х0,65	1/16	Y

OLED-индикаторы Winstar выпускаются со стандартным параллельным интерфейсом 68/8080, способным работать как в восьми-, так и в четырехбитном режиме. При необходимости возможно подключение индикаторов и по SPI-интерфейсу.

Контроллеры дисплеев Winstar способны поддерживать наборы символов до четырех языков. В частности контроллер типа WS0010 поддерживает четыре набора шрифтов:

• Английский + Японский;
• Западноевропейский, набор1;
• Западноевропейский, набор2;
• Английский + Русский.

Это позволяет использовать одну и ту же серию дисплеев для локализации решения в различных странах и регионах.

Конструкция и расположение выводов разъема позволяют заменить традиционные жидкокристаллические индикаторы без изменения конструкции готового изделия.

Основные характеристики контроллера OLED-дисплеев WS0010:

• Высокоскоростной интерфейс с управляющим микроконтроллером (до 2МГц при напряжении питания 5В);
• Оперативная память для 128 символов;
• Функция автосброса;
• Символы 5х8 или 5х10 точек;
• Встроенный генератор тактовых импульсов;
• Программируемый режим работы:
• 1/8 duty: (1 линия, символы 5×8 точек с курсором);
• 1/11 duty: (1 линия, символы 5×10 точек с курсором);
• 1/16 duty: (2 линии, символы 5×8 точек с курсором);
• 64×8-битный генератор символов (CGRAM);
• Поддержка дисплеев с 16 общими линиями по 100 сегментов в каждой;
• Поддержка графического режима работы;
• Встроенный преобразователь напряжения.

С программной точки зрения контроллер WS0010 представлен двумя регистрами — регистр инструкций (IR) и регистр данных (DR). Выбор между ними осуществляется изменением логического уровня на выводе RS-разъема дисплея. Система команд управления практически идентична набору популярного контроллера LCD-дисплеев HD44780. Способы подключения OLED-дисплеев Winstar представлены на рис. 6.

Рис. 6. Способы подключения OLED-дисплеев Winstar

Выбор между параллельным и последовательным интерфейсами осуществляется конфигурацией управляющих сигналов на 16-выводном разъеме дисплея.

OLED vs VFD vs LCD

При выборе типа дисплея разработчик обычно ориентируется на требуемые технические характеристики:

• Электрические параметры и условия эксплуатации (напряжения питания, уровень энергопотребления, рабочий диапазон температур);
• Массогабаритные характеристики (линейные размеры, толщина, способы крепления, вес);
• Эргономические показатели (контрастность, цвет, угол обзора, время отклика).

На сегодняшний день без потери функциональности для решения одной и той же задачи можно применить дисплеи трех типов: уже описанные OLED-дисплеи, жидкокристаллические дисплеи — LCD, вакуумные люминесцентные дисплеи — VFD. Причем, если их формат отображения примерно одинаков, то характеристики несколько отличаются.

Сравнительные характеристики OLED-дисплеев Winstar и типовых LCD- и VFD-дисплеев приведены в таблице 3.

Таблица 3. Сравнительные характеристики LCD-, VFD- и OLED-дисплеев  

OLED-дисплеи работают в широком диапазоне напряжений питания: 3,0…5,3 В. Энергопотребление зависит от отображаемого изображения, т.к. каждый пиксель (или элемент изображения) является источником света, и при типовой картинке составляет 150 мВт (5 В ~30 мА), что сопоставимо с потреблением ЖКИ-модулей с включенной подсветкой, и в несколько раз ниже, чем VFD-дисплеи при аналогичном уровне яркости (порядка 800 мВт).

По сравнению с обычными LCD-дисплеями, OLED выигрывают в контрастности изображения, особенно это заметно при ярком освещении. OLED по контрастности превосходят даже VFD-дисплеи, особенно если добавить поляризационный фильтр — в этом случае контрастность лежит в пределах 8000:1…10000:1. Для приложений, в которых дисплеи будут чаще всего работать именно при ярком дневном свете, Winstar предлагает специализированные версии дисплеев, изображение на которых видно даже при прямом солнечном освещении (рис. 7).

Рис. 7. Обычный (справа) и адаптированный (слева) для солнечного света OLED-дисплеи

OLED-дисплеи не требуют подсветки, что положительно сказывается на энергопотреблении, и информацию с них можно считывать даже в полной темноте. VFD-дисплеи, обладая аналогичными свойствами, проигрывают из-за большей толщины и веса (типичный вес OLED — 20 г против 35…150 г для VFD при толщинах 7…11 мм и 14,5…16 мм, соответственно).

Чуть меньшим недостатком VFD является меньший угол обзора, появляющийся также из-за существенной толщины экрана, хотя это проявляется для углов обзора >160°. Угол обзора LCD- дисплеев еще меньше — в пределах 60°.

На рисунке 8 представлен пример читабельности отображаемой информации под большими углами обзора для OLED-, LCD- и VFD-дисплеев.

Рис. 8. Сравнение читабельности информации под большими углами обзора а) для LCD и OLED и б) для VFD и OLED

Winstar практически решила изначальную проблему OLED-дисплеев — время работы. Предлагаемые компанией дисплеи имеют срок службы 50…100 тысяч часов — дисплеи красного, желтого и зеленого цветов работают до 100 тысяч часов, белого и голубого цветов свечения — 50 тысяч (снижение яркости до 50% от начальной). Для сравнения, типовое время работы VFD-дисплеев лежит в пределах 30…40 тысяч часов при нормальной температуре. Яркость излучения снижается всего на пару процентов после 1800 часов работы при температуре 25°С. OLED-дисплеи Winstar сохраняют работоспособность при температуре 80°С и влажности 90%. Дисплеи сохраняют стабильность параметров даже при длительном воздействии высокой температуры и влажности — более 950 часов безотказной работы при температуре 55°С и влажности 95%.

Не последним достоинством OLED-дисплеев является малое и слабо зависящее от температуры время отклика, которое составляет порядка 10 мкс против 100…250 мс у LCD-дисплеев при комнатной температуре и пары секунд при -20°С.

Заключение

OLED дисплеи Winstar при хороших эргонометрических показателях (цветовая гамма, высокая контрастность) дают существенный выигрыш в энергопотреблении конечного устройства. К списку преимуществ добавляются широкий температурный диапазон и длительный срок службы.

В частности, благодаря высокой яркости изображения и контрастности OLED-дисплеи идеально подходят для портативных мультимедийных устройств, автомагнитол, автомобильных консолей (отображение информации о состоянии автомобиля и его отдельных узлов, температуре и т.д.), бытовой электроники.

Литература

1. WINSTAR Display Co., Ltd.-Company-Profile & Mission// http://www.winstar.com.tw/company.php

2. OLED — Products — WINSTAR Display Co., Ltd.// http://www.winstar.com.tw/products_detail.php?CID=45.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: lcd.vesti@compel.ru