Календарь

Технология OLED: жидкие кристаллы уже не одиноки?

Не правда ли, современные LCD-дисплеи великолепны? Но все-таки так ли уж они идеальны? Ведь если взглянуть на них внимательно, то легко обнаружить присущие им недостатки. К тому же, хоть они и продолжают эволюционировать, похоже, что ничего концептуально нового из жидких кристаллов уже «сварено» не будет. А при современном безумном темпе развития индустрии технологии с ограниченными перспективами уже сложно длительное время удержать на вершине. Так что совсем не удивительно, что из тени постепенно выбирается на свет потенциальный конкурент ЖК, и имя ему – OLED.


Немного истории

Технология OLED (Organic Light Emitting Diode) сравнительно молодая – о ней впервые заговорили менее двадцати лет назад. Тогда, в 1987 году, двумя исследователями из компании Kodak Чином Тангом и Стивом ван Слайком был продемонстрирован новый класс органических соединений, которые прекрасно подходили для создания тончайших светодиодов. Особенности этих материалов заключались в том, что при пропускании через них электрического тока, они начинали испускать весьма яркий свет.

В 1989 году собственными исследованиями над электролюминесцентными материалами занялись также ученые из Кембриджского университета, которые впоследствии организовали одну из крупнейших фирм по производству OLED-устройствCambridge Display Technology. Разработанная технология очень быстро проскочила этап от первых научных исследований до появления работоспособных устройств.

Для сравнения, между открытием жидких кристаллов как вещества и появлением первых прототипов индикаторов на их основе прошло без малого восемьдесят лет. Первое серийное устройство с OLED-дисплеем появилось на свет в 1998 году, это была автомагнитола с монохромным (желто-черным) экранчиком размером 256х64 точек.

Первый полноцветный дисплей был представлен годом позже, и с тех пор совершенствование технологии уже не останавливалось ни на минуту. На сегодняшний день к разработкам в данной сфере подключились практически все крупные производители дисплеев, так что насчет скорого перехода на новую технологию уже не возникает и вопросов.


Как это работает?
 

Технология OLED

Технология OLED-дисплеев во многом напоминает LCD. Экран точно так же представляет собой матрицу из однотипных ячеек, где каждый OLED-излучатель напоминает своеобразный бутерброд. Снизу находится стекло (или другая подложка), на него наносится слой прозрачного анода, за ним следует слой органического вещества и сверху все это накрывается катодом. Конечно, такая схема довольно условна и допускает различные вариации, например, нередко между анодом и светоизлучающим слоем добавляют еще один дополнительный органический слой.

При подаче напряжения анод и катод начинают одновременно инжектировать дырки (положительные заряды) и электроны (отрицательные заряды) в органический слой, где происходит их рекомбинация, в результате чего выделяется энергия, большая часть которой высвобождается в форме света. При этом такая структура имеет очень высокий коэффициент полезного действия, так как основная часть энергии тратится непосредственно на свечение. А отсюда следует и весьма низкое энергопотребление.

Также оказалось крайне просто управлять яркостью, которая напрямую зависит от величины напряжения. Минимальное свечение начинается при напряжении от 2-2.5 В, а при 10 В яркость достигает уже 1000 кд/кв.м (кандел на квадратный метр).

Технология OLED

По способу адресации ячеек OLED-дисплеи, так же как и LCD, делятся на активные и пассивные. Сначала появились пассивные матрицы. В них каждая ячейка находится на пересечении строк и столбцов, представляющих собой аноды и катоды. При подаче напряжения одновременно на один из анодов и катодов, через ячейку, находящуюся на их пересечении, начинает течь ток, и она, соответственно, начинает светиться.

Однако минусы пассивных матриц просто очевидны: постоянно требуется подавать довольно высокое напряжение, при этом качество изображения остается на низком уровне, а при попытках создать дисплеи с высоким разрешением возникают определенные технологические затруднения. Поэтому сейчас пассивные матрицы остались лишь в устройствах, в которых просто не требуется высокого качества картинки.

Гораздо более привлекательно смотрятся активные матрицы на тонкопленочных транзисторах (TFT). На этот раз каждая ячейка уже обслуживается отдельным транзистором, на него достаточно всего лишь однократно подать напряжение, которое будет поддерживаться на заданном уровне до тех пор, пока не будет направлена новая команда. При такой реализации сразу повышается качество изображения, уменьшается время отклика и пороговое напряжение, однако тут же увеличивается и себестоимость.

Для создания полноцветного изображения каждый пиксель, как и во всех современных дисплеях, формируется из трех ячеек: красного, зеленого и синего цвета. Но, в отличие от ЖК, задавать цвет каждой из них можно двумя принципиально разными способами.

Проще всего сделать все светодиоды белыми, а цвет конкретной ячейки определять выбором одного из трех светофильтров, собственно, как это и делается в LCD-мониторах. Но ведь OLED-диоды испускают свет самостоятельно, причем с изменением химического состава органического материала изменяется и длина волны испускаемого света (именно по длине волны человеческий глаз опознает цвет).

Таким образом, достаточно выбрать всего лишь три материала, дающих максимально чистый свет из красного, зеленого и синего диапазона, и использовать каждый из них для соответствующей ячейки, тогда не потребуется никаких светофильтров, и толщину экрана можно будет сделать еще меньше.

К сожалению, у такого подхода есть небольшой минус, заключающийся в том, что различные материалы отличаются не только длиной волны испускаемого света, но и долговечностью. В частности, хуже всего обстоят дела у «синих», которые выдерживают не более десяти тысяч часов – для сравнения, «зеленые» и «красные» могут продержаться до сорока тысяч. Но производители клянутся серьезно поработать над увеличением данных показателей.

Кстати, органика – крайне капризное вещество, любой контакт с окружающей средой не предвещает ничего хорошего. При попадании влаги ячейка просто-напросто разбухает, а при взаимодействии с кислородом – окисляется, что в любом случае ведет к нарушению работоспособности. Поэтому OLED-излучателю требуется обеспечить стопроцентную герметизацию.


Производство

Технология OLED

Все OLED-панели делятся на два класса по типу используемых органических материалов: микромолекулы (Small Molecular OLEDSMOLED) и полимеры (Polymer OLEDPLED).

В первом случае при производстве органические частицы конденсируются из пара по специальной теневой маске. Такой способ довольно сложен и требует дорогостоящего оборудования, однако обеспечивает лучшие характеристики конечного продукта. Сторонниками этого метода являются Kodak, Sanyo, Pioneer и другие.

Во втором случае частицы наносятся уже в жидком виде. Для этого можно использовать на выбор сразу несколько стандартных технологий, да и оборудование обходится существенно дешевле. Причем недавно был даже найден способ напылять полимер при помощи модифицированных струйных принтеров. Продвижением этой технологии занимаются фирмы Cambridge Display Technology, Epson, Intel, Philips и другие. Кстати, как ни странно, по внешнему виду определить, к какому классу принадлежит дисплей, практически невозможно, и все различия носят исключительно внутренний характер.

Технология OLED

Стоит еще отметить исключительную особенность OLED в том, что дисплеи не обязательно создавать монолитными. Несколько панелей могут быть объединены в единую, причем место состыковки будет практически незаметным. Подобные решения были продемонстрированы, в том числе, компанией Sony на примере дисплея, состоящего из четырех «частей».

На данный момент сложно давать прогнозы по поводу стоимости будущих мониторов, но ожидается, что при длительном крупносерийном производстве цена на готовый дисплей окажется примерно в три раза меньше, чем у LCD. Во многом это обуславливается тем, что для изготовления одного OLED-монитора требуется меньшее количество технологических операций и затрачивается меньше материалов. К тому же из-за определенного конструктивного сходства между OLED и LCD не потребуется создавать новые производственные линии, а можно будет ограничиться лишь некоторым переоборудованием существующих. Единственное, что на сегодняшний день откровенно не устраивает производителей – так это высокий процент брака.


Сплошные преимущества

Как оказалось, технология OLED практически по всем параметрам заметно опережает LCD, причем теперь при описании характеристик дисплея даже отпадает необходимость указывать некоторые привычные параметры. В частности, время отклика у OLED равняется 10 микросекундам, что примерно в 1000 раз меньше, чем у современных ЖК-панелей. Уловить такое «запаздывание» человеческий глаз не способен чисто физиологически. К тому же угол обзора у последних OLED-экранов составляет практически 180 градусов, при этом даже у одних из самых первых моделей этот параметр был не менее 160 градусов. Кстати, если ты думаешь, что развернутый угол – это предел возможностей, то глубоко заблуждаешься, но об этом чуть позже. Также не отстают показатели яркости и контрастности.

Предельная яркость может достигать астрономических 100’000 кд/кв.м (конечно, в стандартных панелях этот параметр будет ограничиваться меньшим значением), причем ее можно свободно изменять в широком диапазоне, при необходимости имеется возможность даже понижать ее всего до нескольких кандел. А контрастность даже у существующих моделей находится на уровне 5000:1. В частности, такой высокий показатель достигается благодаря тому, что органические светодиоды способны абсолютно точно передавать черный цвет, что просто соответствует выключенному состоянию.

Плюс ко всему, OLED-панели адекватно переносят разброс температур: они способны функционировать при температурах от минус 40 градусов по Цельсию до плюс 70 (в некоторых случаях выдерживают даже 100). Для ЖК-индикаторов нахождение на холоде откровенно нежелательно, и обойти это можно, лишь используя различные ухищрения, наподобие внутреннего подогрева. Кстати, устойчивость к различным температурам особенно критична, к примеру, в автомобильной отрасли, где также собираются активно применять OLED.

Еще одно существенное преимущество OLED-дисплеев в том, что они идеально подходят для всевозможных портативных устройств. Во-первых, им не требуется никакой подсветки, поэтому их можно делать намного тоньше, чем LCD. Толщина «голого» экрана уже сейчас не превышает 1.4 мм, однако и это далеко не предел. Во-вторых, по тем же самым причинам дисплеи существенно легче. И в-третьих, у OLED-панелей весьма низкое энергопотребление, опять же, меньше, чем у ЖК. Однако простым превосходством в стандартных характеристиках дело не ограничивается. На основе OLED можно создавать совершенно фантастические устройства, которые LCD даже и не снились.


Многообразие форм

Можно сказать, что практически все современные LCD-мониторы построены по одному и тому же принципу. Конечно, каждый производитель применяет собственное ноу-хау, но сама основа везде одинакова. Так вот, с развитием OLED нас ожидает совершенно другое положение дел.

Для начала технология OLED обещает нам появление прозрачных дисплеев, которые раньше так любили показывать во всевозможных фантастических фильмах. Такие панели получили название TOLED (Transparent OLED), причем единственное принципиальное отличие их от стандартных заключается в том, что прозрачным делается не только анод, но и катод. В выключенном состоянии они способны пропускать от 70% до 85% света, понятно, что это никоим образом не препятствует нормальному обзору – какая-нибудь убогая тонировка и то больше отнимает. Такие дисплеи предполагается встраивать в окна (архитектурные, автомобильные), очки, шлемы виртуальной реальности, да и любые другие устройства, где требуется прозрачность.

Следующий подвид OLED – это гибкие дисплеи FOLED (Flexible OLED). В них подложка из стекла заменена материалом, способным при необходимости с легкостью изгибаться. У подобных дисплеев по-настоящему фантастические перспективы, ограниченные исключительно фантазией производителей. Самое простое их применение – встраивать в различные статические изогнутые поверхности, однако куда интереснее концептуальные устройства, в которых возможности гибкости используются уже по полной программе. Например, общественности был продемонстрирован прототип электронной газеты, которая в свернутом состоянии выглядит просто как большая ручка. Но когда захочется почитать свежие новости, экран можно развернуть до нормальных размеров, через беспроводное соединение выйти в Интернет и загрузить обновления с любимого сайта.

Также мы все уже давно привыкли, что изображение всегда строится из микроскопических трехцветных ячеек, которые тройками объединены в смысловые пиксели. Однако фирма Universal Display Corporation решила кардинально пересмотреть и этот подход, представив собственную разработку – SOLED (Stacked OLED). С использованием OLED-диодов (а точнее, TOLED) стало возможным группировать ячейки не в горизонтальной плоскости, а в вертикальной. В результате в SOLED каждый пиксель представляет собой «сэндвич» из ячеек красного, зеленого и синего цвета, расположенных друг над другом.

Преимущества такой архитектуры просто очевидны. Во-первых, теперь даже гигантские панели с низким разрешением можно рассматривать и с близкого расстояния, ведь если то же самое попробовать со стандартным экраном, то ты увидишь лишь хаотичный набор трехцветных фигур. Во-вторых, появилась возможность увеличить разрешение матрицы практически в три раза, не уменьшая геометрический размер самих ячеек. Ну и в-третьих, SOLED способен обеспечивать значительно более качественную цветопередачу.

И это далеко не все, что нам может предложить технология OLED – существует еще множество абсолютно уникальных разработок. Например, совместное предприятие Sharp и Pioneer недавно продемонстрировало первую в мире панель двойного излучения (double-emission), изображение на которой видно сразу с обеих сторон.

Уже в скором времени предполагается использовать подобные дисплеи для мобильных телефонов-раскладушек одновременно в качестве внутреннего и внешнего дисплея. Кстати, можно предположить, что в перспективе такие панели смогут обеспечить, казалось бы, невозможный угол обзора в 360 градусов! Другая не так давно представленная разработка после всего уже не кажется столь фантастической. Основная ее изюминка в том, что в ней применяются одновременно технологии LCD и OLED. Просто в обычной ЖК-матрице вместо стандартной лампы используются OLED-диоды. Возможно, как раз такие разработки помогут обеспечить более плавный переход на новую ступень развития дисплеев.

Между прочим, похожее, что использованием технологии OLED лишь для дисплеев применение явно не ограничится. Одна из крупнейших компаний по выпуску осветительных приборов, General Electric, уже вовсю рассматривает OLED как многообещающий универсальный источник освещения. Возможно, в недалеком будущем OLED-панели можно будет даже наклеивать на стену вместо обоев или вешать на окно вместо занавесок, и они будут радовать нас не только приятным равномерным освещением, но даже и различными динамическими узорами. Также OLED-излучатели приглянулись и в автомобильной индустрии, и уже через несколько лет их планируется использоваться для освещения салона и в качестве источника света в фарах.


На сегодняшний день

Конечно, поначалу бурный рост технологии OLED все-таки существенно переоценили, к 2005 году ей пророчили контроль примерно за 30-40 процентами рынка дисплеев для портативных устройств, но, как видишь, пока этого еще не произошло. Однако ни в коем случае нельзя сказать, что технология оказалась бесперспективной или производители решили от нее отказаться.

С 2002 года количество устройств, использующих OLED, неуклонно растет. И если начинали они с миниатюрных индикаторов для небольших сотовых телефонов и плееров, то сейчас уже добрались до КПК и постепенно подбираются к приборам, требующим большую диагональ.

Если развитие будет продолжаться в том же темпе, то, скорее всего, уже в следующем году первые серийные телевизоры с OLED-матрицами появятся в широкой продаже. И тогда уже к концу десятилетия органические светодиоды примутся в полной мере вытеснять жидкие кристаллы. А нам остается лишь наблюдать за происходящим.

Источник: Журнал Железо

Комментарии