OLED-scherm: hoe pixels die zelf licht maken beeldschermen veranderden
Een OLED-scherm is een beeldscherm waarbij elke afzonderlijke beeldpunt (pixel) zijn eigen licht maakt. OLED staat voor organic light-emitting diode, oftewel een organische licht-uitstralende diode: een piepklein laagje koolstofverbindingen dat oplicht zodra er stroom doorheen loopt. Waar een traditioneel lcd-scherm (liquid crystal display) een aparte achtergrondverlichting nodig heeft die door miljoenen kleine 'luikjes' wordt gefilterd, is bij OLED de lichtbron en de pixel één en hetzelfde.
Vergelijk het met het verschil tussen een schilderij dat wordt beschenen door een lamp in het plafond, en een schilderij waarvan elk penseelstreekje zelf zachtjes gloeit. Bij het eerste voorbeeld (lcd) blijft er altijd een beetje licht doorschijnen, ook op de plekken die zwart zouden moeten zijn, omdat de achtergrondverlichting nooit helemaal uit kan. Bij het tweede voorbeeld (OLED) kan een 'penseelstreek' die zwart moet zijn simpelweg uit blijven staan. Dat levert een dieper zwart en scherper contrast op, en is de belangrijkste reden waarom OLED-schermen inmiddels in miljoenen smartphones, tv's en smartwatches zitten.
Wat is het precies?
De basis van een OLED-pixel is een sandwich van ultradunne lagen, samen vaak dunner dan een mensenhaar. Onderaan zit een elektrode (de anode), bovenop een andere elektrode (de kathode), en daartussen een of meer laagjes organisch materiaal: koolstofverbindingen die zijn ontworpen om licht uit te zenden.
Zodra er een elektrische spanning over die lagen wordt gezet, stromen er elektronen vanaf de kathode het organische materiaal in, terwijl vanaf de anode zogeheten 'gaten' (plekken waar een elektron ontbreekt) naar binnen komen. Op het moment dat een elektron en een gat elkaar in het organische laagje tegenkomen, ontstaat er een kortstondige energierijke toestand die vervolgens vervalt onder uitzending van een lichtdeeltje. Dit proces heet elektroluminescentie. Door de chemische samenstelling van het organische materiaal te veranderen, kan een fabrikant bepalen of een pixel rood, groen of blauw licht uitzendt.
Een OLED-scherm bestaat uit miljoenen van zulke subpixels, elk afzonderlijk aan te sturen. Bij een active matrix OLED (AMOLED), de variant die in vrijwel alle moderne smartphones en tv's zit, regelt een dun laagje transistors achter elke pixel precies hoeveel stroom er doorheen gaat en dus hoe fel de pixel oplicht. Bij tv's gebruikt marktleider LG Display vaak een techniek genaamd WOLED: alle subpixels stralen wit licht uit, waarna een kleurenfilter daar rood, groen, blauw of (voor extra helderheid) ongefilterd wit licht van maakt. Samsung Display kiest voor tv's juist voor QD-OLED, waarbij blauw OLED-licht via quantumdots (nanokristallen die licht van kleur veranderen) wordt omgezet in rood en groen.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste drijfveer achter OLED is beeldkwaliteit. Omdat elke pixel apart aan en uit kan, is een 'zwarte' OLED-pixel écht uit, met een oneindig contrast tot gevolg tussen de felste en donkerste delen van het beeld. Bij lcd-schermen lekt er altijd wat achtergrondlicht door, zelfs met slimme technieken als lokale dimming.
Daarnaast maakt de afwezigheid van een aparte achtergrondverlichting OLED-schermen potentieel dunner en lichter, wat vooral voor smartphones en horloges aantrekkelijk is. Omdat het lichtgevende laagje flexibel kan zijn wanneer het op een buigzaam kunststof substraat in plaats van glas wordt aangebracht, ontstaat bovendien de mogelijkheid om schermen te vouwen of op te rollen, iets wat met de starre glasplaten van een lcd niet lukt. Ook reactiesnelheid speelt mee: OLED-pixels kunnen sneller schakelen dan vloeibare kristallen, wat bewegend beeld en gaming ten goede komt. Tot slot hoopt de industrie op termijn energie te besparen, vooral bij overwegend donkere content, omdat uitgeschakelde zwarte pixels geen stroom verbruiken.
Voorbeelden uit de praktijk
De Sony XEL-1 uit 2007 was 's werelds eerste commercieel verkrijgbare OLED-tv: een piepklein schermpje van 11 inch, torenhoog geprijsd, vooral bedoeld om te laten zien wat de techniek in huis had.
Vanaf 2013 maakte LG Display OLED-tv's voor het eerst enigszins betaalbaar en op grotere schaal leverbaar, met gebogen 55-inch-schermen op basis van de WOLED-techniek. LG bleef daarna vrijwel de enige grootschalige producent van OLED-tv-panelen, totdat Samsung Display in 2022 met de QD-OLED-technologie kwam, te zien in onder meer de Samsung-tv S95B en gamingmonitoren van Alienware.
In de smartphonewereld introduceerde Apple OLED voor het eerst in de Apple Watch (2015) en gebruikte het de techniek vanaf de iPhone X (2017) voor het eerst in een iPhone, nadat Samsung al jaren eerder AMOLED-schermen in zijn Galaxy-toestellen had toegepast.
Een opvallend recenter voorbeeld van waartoe flexibel OLED leidt, is de Samsung Galaxy Fold (2019), met een AMOLED-scherm dat letterlijk dubbelgevouwen kan worden. LG ging nog een stap verder met de LG Signature OLED R (2020), een tv waarvan het scherm bij het uitschakelen oprolt in de sokkel.
Hoe ver is de techniek?
OLED is inmiddels volwassen technologie: smartphone-OLED is sinds ongeveer 2017 mainstream, en OLED-tv's zijn sinds pakweg 2013 op de markt, met sindsdien gestaag dalende prijzen en groeiende schermformaten. Toch blijft de ontwikkeling doorgaan. Recentere laptops en tablets, waaronder Apple's iPad Pro-modellen, gebruiken zogeheten tandem-OLED, waarbij twee OLED-lagen op elkaar worden gestapeld om de piekhelderheid flink te verhogen, een terrein waarop OLED van oudsher achterbleef bij de allerbeste lcd-schermen met mini-led-achtergrondverlichting.
Er zijn ook nog altijd knelpunten. Het bekendste is inbranden (burn-in): als hetzelfde beeldelement, zoals een logo of menubalk, heel lang op dezelfde plek staat, kunnen de organische materialen daar sneller verouderen dan elders, met een vaag schaduwbeeld tot gevolg. Fabrikanten hebben dit met softwaretrucs en betere materialen sterk teruggedrongen, maar helemaal weg is het risico niet. Ook zijn OLED-panelen doorgaans nog altijd duurder om te produceren dan lcd, vooral op zeer grote (tv-)formaten, en is de levensduur van het blauwe organische materiaal, dat sneller degradeert dan rood en groen, nog altijd een technisch aandachtspunt.
Op de langere termijn wordt micro-LED gezien als mogelijke opvolger of concurrent: een technologie met minuscule anorganische ledjes per subpixel, die net als OLED zelf-emissief is maar in theorie geen inbrandrisico kent en nog hoger kan worden verhelderd. Micro-LED bevindt zich echter nog in een vroeg, zeer kostbaar stadium en is vooralsnog vooral te vinden in extreem dure, grote videowanden.
Wie werken eraan?
De basis voor OLED werd in 1987 gelegd door onderzoekers Ching W. Tang en Steven Van Slyke bij Kodak in de Verenigde Staten, die de eerste praktisch bruikbare OLED-cel demonstreerden. Sindsdien is het zwaartepunt van de industrie verschoven naar Oost-Azië.
Voor smartphoneschermen is Samsung Display (Zuid-Korea) al jaren veruit de grootste producent van AMOLED-panelen, en levert onder meer aan Apple. Voor grote tv-panelen is LG Display (Zuid-Korea) de dominante speler met zijn WOLED-technologie, terwijl Samsung Display zich daar met QD-OLED heeft gevoegd. In China groeit BOE Technology snel uit tot een derde grote OLED-producent, vooral voor smartphones. Het Amerikaanse Universal Display Corporation speelt een sleutelrol als leverancier van fosforescerende OLED-materialen en houder van belangrijke patenten waarop een groot deel van de industrie licenties heeft. Daarnaast doen tal van universiteiten en materiaalonderzoeksinstituten wereldwijd voortdurend onderzoek naar stabielere en efficiëntere organische lichtgevende materialen, vaak in samenwerking met deze industriële partijen.