OLED-технология: устройство и применение¶

OLED (от англ. Organic Light-Emitting Diode — органический светодиод) — технология плоских экранов, в которой источником света служат тонкие слои органических полупроводниковых материалов, помещённых между двумя электродами. При подаче электрического напряжения электроны и дырки рекомбинируют в органическом слое, и материал излучает свет. В отличие от ЖК-экранов, OLED не требует подсветки: каждый пиксель светится сам, что позволяет достигать абсолютного чёрного цвета, высокой контрастности и тонких профилей дисплеев.

¶Принцип работы

OLED-структура состоит из нескольких тонких плёнок, нанесённых на подложку (обычно стеклянную или гибкую пластиковую):

• Катод — подаёт электроны.
• Эмиттирующий слой — органическое вещество, в котором происходит рекомбинация носителей заряда и излучение света.
• Слои переноса и подложки электронов и дырок — облегчают движение зарядов к эмиттирующему слою.
• Анод — подаёт дырки (обычно из прозрачного оксида индия-олова, ITO).
• Подложка — механическая основа.

При подаче напряжения электроны от катода и дырки от анода движутся навстречу друг другу и встречаются в эмиттирующем слое. Образовавшиеся возбуждённые состояния — экситоны — распадаются с испусканием фотонов. Цвет свечения определяется химической структурой органического материала: подбором молекул можно получить красное, зелёное, синее свечение.

¶Виды OLED

¶По размеру пикселя

• PMOLED (пассивная матрица) — пиксели управляются путём последовательного сканирования строк и столбцов. Просты и дёшевы в изготовлении, применяются в экранах небольшого размера: часах, приборных панелях, индикаторах. Не масштабируются на большие диагонали из-за ограничений по яркости и энергопотреблению.
• AMOLED (активная матрица) — каждый пиксель снабжён собственным тонкоплёночным транзистором (TFT), который поддерживает его в нужном состоянии. Такая схема позволяет создавать крупные экраны с высокой яркостью и низким энергопотреблением. AMOLED используется в большинстве смартфонов, телевизоров и мониторов с OLED-матрицей.

¶По подложке

• Жёсткие — наносятся на стекло.
• Гибкие — используют полимерные подложки, что позволяет создавать изгибаемые и сворачиваемые экраны (складные смартфоны).
• Прозрачные — пропускают свет, применяются в витринах и augmented reality-устройствах.

¶Достоинства и недостатки

¶Преимущества

• Абсолютный чёрный — выключенный пиксель не излучает свет, поэтому чёрный цвет достигается полным отсутствием подсветки.
• Высокая контрастность — теоретически бесконечная, на практике — десятки и сотни тысяч к единице.
• Быстрый отклик — время отклика измеряется микросекундами, что устраняет шлейфы при движении изображения.
• Тонкость и лёгкость — отсутствие слоя подсветки позволяет делать панели толщиной менее миллиметра.
• Широкие углы обзора — изображение не искажается при отклонении от перпендикуляра.
• Гибкость — возможность создания изгибаемых и сворачиваемых дисплеев.

¶Недостатки

• Выгорание (burn-in) — органические материалы стареют неравномерно: яркие статичные элементы (логотипы, панели уведомлений) оставляют после себя «призраки». Производители применяют компенсационные алгоритмы, но проблема не устранена полностью.
• Ограниченный срок службы синего эмиттера — синие органические материалы деградируют быстрее красных и зелёных, что является основной причиной выгорания.
• Стоимость — производство OLED-панелей дороже ЖК, особенно на больших диагоналях.
• Подверженность влаге и кислороду — органические слои чувствительны к среде, требуется герметичная упаковка.

¶Производство

Основные производители OLED-панелей — южнокорейские компании Samsung Display и LG Display, китайские BOE и CSOT, японская JOLED. Samsung специализируется на мобильных AMOLED-матрицах (серия M и E), LG — на крупных WOLED-панелях для телевизоров, где белые OLED-элементы сочетаются с цветными фильтрами. В России собственных крупных производств OLED-дисплеев нет; продукция импортируется.

¶Применение

• Смартфоны — основной рынок OLED, практически все флагманские модели оснащаются такими экранами.
• Телевизоры — OLED-панели от 42 до 97 дюймов, характеризуются высокой ценой, но и высоким качеством изображения.
• Мониторы — игровая и профессиональная техника с высокой частотой обновления и точностью цветопередачи.
• Носимые устройства — часы, фитнес-браслеты.
• Автомобильные приборные панели — гибкие и изогнутые экраны.
• VR-гарнитуры — OLED с высокой плотностью пикселей и малым временем отклика.
• Освещение и декоративные панели — тонкие световые источники.

¶История

В 1987 году исследователи компании Kodak Чив Вэй Тан и Стивен ВанСлайк создали первый тонкоплёночный OLED на основе маломолекулярных органических материалов. В 2001 году Sony выпустила первый коммерческий OLED-телевизор, в 2007-м — 11-дюймовую модель XEL-1. В 2010-х годах Samsung массово внедрила AMOLED в смартфоны серии Galaxy, а LG развернула производство крупных WOLED-панелей. К 2020-м годам OLED стал стандартом для премиальных мобильных устройств и телевизоров.

Источники:

• «Органические светодиоды» — учебное пособие
• Данные производителей дисплеев (Samsung Display, LG Display, BOE)
• Статьи IEEE Journal of Display Technology
• Материалы Society for Information Display (SID)