Op papier kunnen OLED-schermen 100 jaar meegaan - ware het niet voor één kleur

Als mensen geen blauwe kleuren konden zien, dan zou een van de grootste problemen van de OLED technologie snel zijn opgelost, namelijk de korte houdbaarheid van blauwe OLE diodes. Als de noodzaak voor de blauwe diodes niet zou bestaan, dan zouden OLED panelen meer dan 100 jaar mee kunnen gaan, of ongeveer een miljoen uur.

Dat zeiden professoren Stephen R. Forrest en Chris Giebink van de Universiteit van Michigan op de recente Display Week in Los Angeles tijdens een vier uur durende korte cursus over de huidige stand van de OLED technologie. Maar omdat de OLED technologie pas iets meer dan 35 jaar oud is, zijn deze cijfers gebaseerd op verouderingstests.

Dat met name groene OLED's geen probleem hebben met duurzaamheid kan inmiddels zeker in de praktijk worden beoordeeld. Toen Sony bijna 20 jaar geleden groene OLED-schermen in zijn Walkman installeerde, hadden weinigen gedacht dat ze nog steeds zouden werken. De auteur van deze regels heeft echter zelf zo'n Atrac Walkman, waarvan het display nog steeds van uitstekende kwaliteit is.

Alleen groene (of rode) displays zijn echter alleen geschikt voor speciale toepassingen. Dit geldt bijvoorbeeld voor de digital signage sector Voor een echt beeldscherm is het niet mogelijk zonder de kleur blauw en de problemen zijn zelfs 35 jaar na de opkomst van de technologie nog niet volledig opgelost, hoewel ze sterk zijn verminderd.

De duurzaamheid van een paneel wordt verhoogd door verschillende trucs. Belangrijk voor de blauwe pixels: Ze moeten koel blijven. Om dit te bereiken wordt het oppervlak vergroot en de helderheid in verhouding tot het oppervlak verkleind. Op hun beurt kunnen groene OLED's bijvoorbeeld heel klein zijn en extreem helder schijnen. Zoals Forrest al zei, schijnen de groene OLED's in een iPhone ongeveer 10.000 candela per vierkante meter.

Het gaat dus (op dit moment) om de mix. Om dat in perspectief te zetten: zelfs de helderste iPhone Pro haalt slechts 1.600 in HDR-modus (2.000 buiten), en dat is alleen in een kleine ruimte voor pieklicht. Fel licht (en dus hoge temperaturen in het paneel) vermindert de levensduur van de batterij enorm.

Helderheid vermindert duurzaamheid

In een presentatie lieten de onderzoekers dit in detail zien. Een wit PHOLED-paneel (phosphorescent/PH) met 1.000 candela/sqm haalt 30.000 uur bruikbaarheid bij de LT70-waarde (70 procent helderheid na een bepaald aantal uren), wat belangrijk is voor de industrie. Daarna is hij niet kapot, maar wel aanzienlijk donkerder. 30.000 uur komt overeen met bijna 3,5 jaar continu gebruik. Dit is niet ideaal voor lampen, maar voldoende voor beeldschermen, omdat die meestal niet continu in bedrijf zijn - afgezien van toepassingen zoals digital signage.

Als de helderheid wordt verdrievoudigd, daalt deze waarde drastisch. De LT70-waarde daalt tot 4.000 uur, wat ook verklaart waarom OLED's lange tijd relatief donker werden verkocht. Maar dat hoeft niet echt zo te zijn, want de helderheid zelf verpest ze niet.

OLED's kunnen heel helder zijn - voor een korte tijd

Zoals Giebink al zei, zijn OLED's behoorlijk "gelukkig" als ze heel helder schijnen. Een miljoen candela per vierkante meter is geen probleem voor OLED's - gedurende één microseconde. Maar daarna hebben ze een pauze van 100 microseconden nodig. Als je OLED's geen pauze geeft, gaan ze kapot, of zoals Forrest het zegt: "Alles kan een flits zijn."

Dus duurzaamheid, vooral van blauwe OLED's, is nog steeds een probleem. Maar er zijn nu steeds meer trucs om ze te rekken. Eén oplossing is bijvoorbeeld het verticaal stapelen van (transparante) OLED componenten. Dit verdeelt de belasting over meer componenten. De duurzaamheid kan meer dan verdrievoudigen bij gebruik van twee gestapelde componenten. Er wordt al tientallen jaren onderzoek naar gedaan, maar volgens de twee onderzoekers wordt de technologie nu pas langzaam werkelijkheid.

Een deel van het onderzoek richt zich ook op de vraag waarom blauwe OLED's op moleculair niveau zo snel afbreken. Forrest en Giebink hopen dat een oplossing niet al te ver weg is. Twee reacties zijn verantwoordelijk voor het verlies van (blauwe) helderheid. Voor rood en groen zijn de reacties niet meer relevant omdat de duurzaamheid zo hoog is.

De twee onderzoekers stellen ook dat OLED-technologie nog steeds een kans moet krijgen als verlichtingsmedium. Momenteel is er weinig activiteit in de markt buiten OLEDWorks nadat LG Display kort na Light+Building 2018 uit de verlichtingsbusiness stapte. Forrest verwacht betere CRI-waarden in vergelijking met LED-lichtbronnen en lagere temperaturen. De efficiëntie wordt verwacht op 150 lm/W, wat ongeveer in het bereik van LED-technologie ligt. De duurzaamheid van 30.000 uur (LT70) ligt echter onder die van LED's (50.000 uur@LT70).

De OLED technologie is dus nog niet volwassen en er is meer onderzoek nodig om deze te perfectioneren. Maar dat werd 20 jaar geleden ook gezegd van LCD-technologie, die bekend werd vanwege slechte kleuren en strepen tijdens bewegingen en ondanks deze nadelen klanten over de streep trok. Toen was de LCD technologie net zo oud als de OLED technologie nu is, namelijk 35 jaar.