OLED-TV, the next generation

OLED-tv's zijn de nieuwste technologie waar we reikhalzend naar uitkijken. Hoe werkt het, wat is er zo speciaal aan, en wat mogen we er van verwachten.

Wat is een OLED?

Eerst even een opfrisser: Een led (Light Emitting Diode) is een component die werkt op basis van elektroluminescentie. Het is een component die licht geeft omdat er stroom door gaat. Dat in tegenstelling tot een gloeilamp: die geeft licht omdat ze opwarmt tot ze gaat gloeien en een buislamp die gebruik maakt van fluorescentie.

Bij traditionele leds is het elektroluminescente materiaal anorganisch. Voor diegenen die tijdens de scheikundeles niet opgelet hebben: organische scheikunde behandelt de koolstofverbindingen en anorganische scheikunde de rest.

OLED staatvoor Organic LED (voluit Organic Light Emitting Diode).Het is met andere woorden een led waarvan het elektroluminescente materiaal organisch van aard is.

Hoe verschillen LED en OLED in gebruik?

Een opvallend verschil tussen een OLED en led heeft te maken met de fabricagemethode. Een led mag je beschouwen als een kleine puntlichtbron. De component moet opgebouwd worden op een halfgeleider kristal en moet uiteindelijk verzaagd en gemonteerd worden.

Een led is een puntlichtbron. Om oppervlaktes te maken moeten we veel leds naast elkaar plaatsen.

Een OLED is eerder een vlakstraler. Het elektroluminescent materiaal kan over grotere oppervlakken aangebracht worden en licht op als er stroom door gaat. Bovendien kunnen we die organische stoffen aanbrengen met technieken die niet mogelijk zijn bij klassieke leds. Zo kunnen sommige types OLEDs zelfs geprint worden, wat een veel goedkoper fabricageproces is. In plaats van een glazen substraat kan men ook op een plastic substraat werken. Zo krijgen we een flexibele OLED.

OLED's zijn vlakstralers. Ze kunnen op een groot oppervlak aangebracht worden en geven een diffuus licht. Dat creëert nieuwe mogelijkheden voor verlichting.

Helaas zijn OLEDs erg gevoelig voor waterdamp. Waterdamp kan de organische materialen beschadigen en zelfs vernietigen. Het is daarom van groot belang dat de OLED perfect afgesloten wordt. Op een glas substraat is dat geen probleem, vermits dat waterdamp perfect tegenhoudt, maar op een plastiek substraat moet daar extra aandacht aan geschonken worden.

OLEDs zijn net zoals gewone leds vrij efficiënt. Elektriciteit wordt met andere woorden zonder overdreven verlies omgezet in licht. Het verschil zit hem in hoeveel stroom we door een (O)LED kunnen sturen zonder nadelige gevolgen voor het materiaal. In dat opzicht moet de OLED nog de duimen leggen voor de led.

Waarom willen we OLED TV?

Dankzij OLED is je volgende televisie nog maar 4 mm dun, maar ook de beeldkwaliteit is alweer een stap beter.

Waarom willen we die OLED-technologie in onze televisies stoppen? Omdat ze veel voordelen heeft uiteraard. OLED-tv's zijn nog nauwelijks 4 mm dun, ze leveren een perfecte kijkhoek, superieur contrast, betere kleuren, zeer snelle reactietijd en dus haarscherpe bewegende beelden, en zijn mogelijk zuiniger dan onze huidige televisie. Bovendien hebben de fabrikanten onmiddellijk voor gebogen schermen gekozen om zo OLED een nog exclusiever uiterlijk te geven. Die curve is voorlopig eerder een design beslissing dan wel een echt voordeel, maar het is een leuke voorbode van wat mogelijk is.

Zo veel voordelen, hoe doen ze dat? De belangrijkste reden: een OLED-scherm is een ‘emissieve' technologie. Elke pixel van het beeldscherm geeft zelf licht. Dit in tegenstelling tot een lcd-scherm zoals in onze huidige led-lcd televisie dat ‘transmissieve' technologie gebruikt. Het licht passeert via een laag die zal bepalen of een pixel aan of uit staat. Hoe belangrijk dat verschil is wordt onmiddellijk duidelijk aan de hand van een schema.

Een schematische voorstelling van de structuur van een lcd-paneel en een OLED paneel.

Links zie je de structuur van een lcd-scherm. Een achtergrondverlichting (BLU of BackLight Unit) zorgt voor het eigenlijke licht. In het geval van ‘klassieke' lcd-schermen bestaat de BLU uit dunne buislampen. In het geval van een led-lcd (zoals onze huidige televisies of moderne monitoren) bestaat de BLU uit led-lampen. Het licht wordt eerst gepolariseerd. Daarna gaat het door de TFT-laag (Thin Film Transistors) en de vloeibare kristal laag (Liquid Crystals). De TFT is de eigenlijke sturing van het scherm en bepaalt hoe het vloeibaar kristal voor elk pixel georiënteerd is. Afhankelijk van de oriëntatie van het kristal verandert de polarisatierichting van het licht zodra het door de vloeibaar kristal laag passeert. Daarna gaat het licht door een kleurfilter en tenslotte bereikt het de laatste polarisatiefilter. Is het licht in de kristal laag van polarisatierichting gewijzigd, dan passeert het door de laatste filter en staat de pixel aan. Is het licht ongewijzigd door de kristal laag gepasseerd dan wordt het gestopt door de tweede polarisatiefilter en staat die pixel dus uit.

Rechts zie je de structuur van een OLED-scherm. Die bevat om te beginnen al geen BLU. Op een glazen substraat wordt een TFT laag aangebracht die elke OLED-pixel aanstuurt. Daarop wordt de OLED laag aangebracht. Elke OLED-pixel produceert zelf licht. Een laatste glaslaag met polarisatiefilter sluit de structuur af. Pixels worden nu rechtstreeks via de TFT-sturing aan of uit gezet.

Met dit schema voor ogen is het makkelijker om de voordelen van OLED te zien.

Contrast

Contrast wordt vooral bepaald door hoe donker je zwartweergave is. In het lcd-scherm hangt dat af van de werking van de vloeibare kristal laag en die is helaas niet perfect. Zelfs wanneer de pixel ‘af' staat kan er mogelijk nog licht zichtbaar zijn. Dat verklaart waarom de zwartwaarde van lcd-schermen niet perfect is. In de voorbije jaren is daar sterk aan gesleuteld, maar toch kan het resultaat niet tippen aan OLED. Als een OLED-pixel ‘af' staat produceert hij helemaal geen licht.

Bovendien staat de achtergrondverlichting van een lcd-scherm steeds aan. Ook als de pixel ‘af' staat. Ook daar is aan gesleuteld door ‘dimming' te gebruiken: bij donkere scenes wordt de achtergrondverlichting gedimd, zodat het beeld donkerder lijkt. Een verder stap was ‘lokale dimming'. Door de achtergrondverlichting onder te verdelen in segmenten kan men elk segment apart dimmen of zelfs uit te schakelen als dat nodig is. Dat leidt uiteraard alweer tot beter contrast. Maar ook hier is OLED in het voordeel. Het licht wordt immers op pixel niveau aan of uit geschakeld.

Niet alleen is de zwartwaarde beter, een OLED scherm kan bovendien een perfect witte en een perfect zwarte pixel tegelijk weergeven. En dat resulteert in een uitmuntend contrast.

Kijkhoek

Onder een bepaalde hoek kijk je door jaloezieën. Dat effect lijkt erg op de kijkhoekproblemen bij lcd-schermen.

De vloeibare kristal laag in een lcd-scherm is ook de schuldige als het over kijkhoekproblemen gaat. Je kan dat nog het best vergelijken met jaloezieën. Als de lamellen van een zonwering niet helemaal dicht zijn, dan kan je er onder bepaalde hoeken door kijken. Dat probleem kent een lcd-scherm dus ook. Alweer is daar fel aan gesleuteld door andere structruren te gebruiken in die laag, maar het probleem blijft zichtbaar.OLED-schermen hebben hier geen last van.

Verbruik

Een vergelijking van de schematische voorstelling van lcd en OLED toont alvast dat het licht van een OLED-tv door heel wat minder lagen moet (en dus minder verlies lijdt) dan dat van een lcd tv. Als de efficiëntie van beide lichtbronnen dus ongeveer gelijk is zou een OLED-tv alweer zuiniger zijn. Sommige OLED-technologie kan op papier al even efficiënt licht genereren als led. In praktijk blijken de eerste toestellen het toch iets minder goed te doen dan de zuinigste led-lcd tv's. Daarover verder meer.

Reactietijd

Wazige of dubbele randen bij een snel bewegende beeld zijn een klassiek probleem van lcd-schermen. De reden ligt in de relatief trage reactietijd van de vloeibare kristallen. Wanneer we een pixel willen aan of uitschakelen gebeurt dat niet onmiddellijk maar duurt dat een weliswaar korte tijd. Daardoor zijn pixels die eigenlijk al uit hadden moeten zijn nog gedeeltelijk zichtbaar en krijgt een bewegend voorwerp in beeld wazige randen. Ontwikkelingen in paneeltechnologie, de beste panelen hebben een reactietijd van 2 ms, en 100/200Hz technieken hebben daar veel verbetering in gebracht.

OLED tv's zouden ons nog een stap verder brengen. Tegen de 2ms reactietijd van lcd pronkt OLED nu al met een reactietijd van 0,02ms. Dat is 100x sneller en zou dus haarscherpe beelden opleveren. Ook hier blijkt de praktijk iets complexer. OLED-tv's hebben inderdaad veel minder last van vage randen maar de beste lcd's en plasma-schermen presteren nog net beter. Die televisies gebruiken daarvoor heel wat extra beeldtechnieken zoals het invoegen van zwarte beelden. Het potentiëel van OLED is duidelijk maar moet hier nog tot zijn volle recht komen.

Kleuren

Het laatste voordeel van OLED-tv zit in de kleurweergave. OLED zou in staat zijn om een breder kleurbereik weer te geven. Al is dat een voordeel waar we zeer voorzichtig mee moeten zijn. De beste televisies geven het kleurbereik van de HDTV norm al volledig weer. Meer kleuren zijn dan niet noodzakelijk beter. Content wordt immers gemastered met het kleurbereik van de HDTV norm in gedachten. Indien die content dan wordt weergegeven op een scherm met een ruimer kleurbereik dan is het aan het scherm om te bepalen hoe hij de conversie doet. En daar kan heel wat misgaan. Afwachten dus hoe fabrikanten dat oplossen.

Verschillende OLED implementaties

In 2013 verschenen de eerste grote OLED-tv's op de markt, van LG en Samsung. Die hebben bovendien voor een verschillende aanpak gekozen op technologievlak. Samsung gebruikt RGB-OLED, waarbij elke pixel bestaat uit een rode, groene en blauwe OLED subpixel. LG koos voor W-OLED of witte OLED's, waarbij elke pixel wit is en met een kleurfilter wordt onderverdeeld in een rode, groene, blauwe en een extra witte subpixel.

Samsung koos voor een RGB-OLED implementatie, LG voor W-OLED met kleurfilter. Beide oplossingen hebben uiteraard voor-en nadelen.

Alhoewel Samsung's oplossing eenvoudiger lijkt heeft ze een belangrijk nadeel. Het aanbrengen van de rood, groene en blauwe subpixels is een moeilijk proces: de organische elementen worden opgedampt door een masker met het juiste patroon. Dat moet drie keer herhaald worden, een keer voor elke kleur. Het proces is bijzonder gevoelig voor alignatiefouten of problemen met het masker wat leidt tot kleuroverlap.

LG's oplossing ontwijkt dit probleem op een slimme manier door gebruik te maken van een witte OLED laag. Vermits alle subpixels wit zijn is een masker overbodig en zijn problemen met alignatie en kleuroverlap uitgesloten. De pixels krijgen hun kleur door middel van een bijkomende kleurfilter. Omdat het licht door een extra laag moet zou deze oplossing wel meer stroom verbruiken. LG koos daarom voor vier subpixels: naast rood, groen blauw is er ook een witte subpixel. Daarmee beweert LG een lager verbruik te halen maar ook een betere controle over de kleuren. Of dat laatste ook zo zal zijn is af te wachten. Toen Sharp zijn Quattron schermen introduceerde, die naast rood, groen en blauw ook een gele subpixel gebruiken, duurde het een jaar voor ze kleurweergave op het juiste pad kregen.

De eerste testen wijzen in elk geval uit dat beide fabrikanten er in slagen om de kleuren perfect te controleren en beide toestellen halen probleemloos de norm voor HDTV. Als het er op aan komt om echt zo veel mogelijk kleuren weer te geven, dan heeft de Samsung een klein voordeel. Op vlak van energieverbruik blijkt LG voorlopig de zuinigste technologie in huis te hebben, die is goed 30% zuiniger dan de Samsung. Welke technologie het uiteindelijk zal halen is voorlopig niet duidelijk. OLED-tv is een nieuwe technologie en zal ongetwijfeld een sterke evolutie doormaken in de komende jaren.