Что такое технология OLED в телевизорах

Первые успехи по созданию OLED - дисплеев сделали в Кембриджском университете в 1989 году. Спустя три десятилетия развития технологической базы рынок заполнили телевизоры с матрицей, созданной на базе органических светодиодов. Они компактные, лёгкие, энергоэффективные, демонстрируют контрастную насыщенную картинку при взгляде из любого положения. Что же стоит за востребованностью технологии, в чём её преимущества перед аналогами?

Краткая история

Свыше 80% информации об окружающем мире человек получает через органы зрения. До начала XX века единственными источниками света были Солнце и огонь. С конца XIX– начала XXвеков появляются искусственные источники освещения. В 1876 году Томас Эдисон презентовал электрическую лампу, в 1901 Питер Хьюит изобрёл газоразрядную лампу, которые и дали толчок развитию полупроводниковой техники, излучающей электромагнитные волны в видимом спектре.

В 1970-х годах появляются светодиоды, испускающие зелёный свет, через два десятилетия изобретают синие светодиоды, что позволило создать источники белого свечения. В 1987 году, когда компания Eastman Kodak решает уволить команду доктора Танга, несколько лет занимающуюся поиском органических веществ с эффективной люминесценцией, он делает открытие. Группа демонстрирует излучающий зелёный свет диод, покрытый люминесцентным слоем Alq₃– трис (8-гидроксихинолинато) алюминий.             

Открытие оказалось настолько эффективным, что используется для производства дисплеев даже спустя три десятилетия. После открытия еще нескольких проводящих полимеров и заложения стандарта OLED его основатели получили нобелевскую премию по химии в 2000 году. 

Профессор Френд из Кембриджского университета открывает эффект свечения полимеров. После OLED - технология разделяется на два направления на основе:

• «малых» молекул – дорогая, требующая вакуума технология;
• сопряжённых полимеров – не нуждается в вакууме, позволяет получать гибкие устройства, но не столь долговечные, как оборудование на базе «малых молекул.

С 90-х годов к разработке и производству дисплеев с органическими светодиодами подключились Phillips, DuPont и менее яркие бренды.  

Как работает OLED

Органические светодиоды – полупроводниковые приборы, которые формируются посредством многослойного напыления тонкоплёночных полимерных материалов. OLED излучают в видимом для человеческого глаза спектре электромагнитного излучения – испускают свет. При подаче положительного напряжения на анод к нему от катода устремляется поток свободных электронов – катод отдаёт их в эмиссионный слой, а анод – забирает из проводящего.

Вследствие, эмиссионный слой заряжается отрицательно, а проводящий – положительно. Электрозаточные силы заставляют дырки с электронами двигаться навстречу, вследствие которой рекомбинируют. Так как дырки подвижнее электронов, при рекомбинации энергия электрона понижается – он выделяет квант энергии – излучает порцию света.

Аноды производят преимущественно из легированного оловом оксида индия – прозрачный для света материал. Катод изготавливается с применением композитных материалов на базе алюминия – способствуют инжекции электронов в слой полимера.

Цветные OLED

Для создания цветного изображения применяют одну из трёх технологий:

• Раздельный цветной эмиттер – простой и энергоэффективный вариант. Отличается сложностью подбора материалов, излучающих свет одинаковой интенсивности и цвета.  
• Белые эмиттеры плюс цветные фильтры – три белых эмиттера излучают свет через цветовые фильтры. Часть энергии уходит на преодоление фильтров светом.
• Конверсия коротковолнового излучения – люминесцентные материалы преобразовывают голубое излучение эмиттеров в длинноволновое – красный и зелёный цвета, синий остаётся нетронутым.

Классификация

С развитием технологий и повышения требований к картинке появилось несколько методов управления излучаемым светом, используемых для его генерирования материалов.

По способу управления 

Различают два типа управления органическими светодиодами: AMOLED и PMOLED – активные и пассивные матрицы соответственно. В первых контроллеры разбивают матрицу на столбцы и строки. Нужный пиксель зажигается на пересечении строк и столбцов. Для формирования картинки нужно выполнить множество тактов – за один такт засвечивается один пиксель. Это недорогая технология, актуальная для дисплеев с диагональю до 3”.

PMOLED-экраны мгновенно формируют изображение благодаря прямому управлению состоянием каждого пикселя. С применением технологии изготавливаются дисплеи с диагоналями десятки дюймов (50-60 и более).

Комбинированные OLED-LCD -экраны – демонстрируют чёткую картинку с посредственной цветопередачей. 

По типу ячеек

Ячейка OLED имеет композитную структуру. Различают одно- и многослойные ячейки, прозрачные и излучающие вверх OLED.

В однослойной между анодом – прозрачный проводящий ток материал – и катодом размещается эмиттерный слой. Подложка изготавливается из стекла или полимера. Во втором случае характеристики OLED уступают созданным с применением стеклянной основы. Однослойные светодиоды по характеристикам уступают многослойным в десятки раз.

После размещения между эмиттером и анодом дырочно-проводящего слоя и электропроводящего между катодом с люминофором в разы возрастает яркость свечения. Улучшает характеристики матрицы добавление новых слоев: фталлоцианин меди, например, облегчает инжекцию дырок.

Менее распространены следующие способы реализации технологии: 

• Излучающие вверх или TOLED – делаются на непрозрачной подложке с прозрачным или полупрозрачным катодом.
• Прозрачные светодиоды – излучают свет в обе стороны. Применяются для создания окон-дисплеев, экранов-светильников.
• Стопочные OLED – обеспечивают одинаковую интенсивность свечения ячеек любого цвета по всей площади.
• Комбинация OLED с полевым транзистором.

Характеристики OLED-дисплеев

Для оценки качества OLED-устройства достаточно десятка показателей.

1)   энергоэффективностьи энергопотребление;

2)   яркость свечения;

3)   напряжение – рабочее и включения;

4)   спектр электролюминесценции;

5)   контрастность;

6)   время службы OLED;

7)   индекс цветопередачи;

8)   цвет свечения;

9)   разрешение матрицы;

10) равномерность свечения.

К дополнительным параметрам обносят диапазон рабочих температур, прозрачность.

Преимущества и недостатки органических светодиодов

OLED-устройства для вывода цифровой информации обладают преимуществами и недостатками по сравнению с иными типами дисплеев.

Преимущества экранов на органических светодиодах над жидкокристаллическими (LCD):

• Габариты – технология позволяет производить дисплеи толщиной в несколько миллиметров.
• Размеры, площадь панели – можно делать светящиеся поверхности большой площади, с диагональю в десятки дюймов.
• Энергоэффективность – OLED требуют в разы меньше электропитания, чем другие источники света. Отключенный светодиод не потребляет электричества – чёрный цвет.
• Демонстрация глубокого чёрного цвета.
• На основе OLED возможно производство гибких экранов: часов, мониторов, телевизионных панелей. 
• Малый вес – позволяет монтировать устройства на тонких стенах межкомнатных перегородках, дверях.
• Отсутствие понятия «углы обзора» – картинка не искажается при взгляде из любого положения.
• Выдерживают температуры в пределах -40…+70 °C – можно устанавливать в неотапливаемых помещениях, на улице в любое время года.
• Точность цветопередачи – широкий цветовой охват и управление свечением каждой ячейки отдельно гарантируют непревзойдённую цветопередачу, мягкие переходы между разными оттенками и цветами.
• Скорость реакции – частицы люминофора шустро переключаются, чем обеспечивают высокую частоту обновления развертки. Как следствие – отсутствуют смазывания, разрывы кадров, шлейфы за быстро перемещающимися объектами.
• Возможность формирования картинки на прозрачном дисплее.
• Внешние источники света не влияют на восприятие картинки с OLED-панели.
• Высокая контрастность.
• Незначительная рассеиваемая мощность. 
  

Пока главный недостаток OLED-телевизоров – высокая стоимость. Она с каждым годом снижается, но панели остаются дороже LCD-устройств. Второй заметный минус – время работы синих светодиодов – иногда оно на порядок меньше, чем у красных OLED: 15 000 – 20 000 часов против 130 000 часов. Третий минус – чувствительности к повышенной влажности – влага быстро повреждает полимер.

Сравнение с другими технологиями

По сравнению с технологией QLED, OLED проигрывает ей только в качестве цветопередачи, уровне яркости и, соответственно, качестве HDR-изображения. В остальном – опережает.

Дисплеи на квантовых точках QNED от LG уступают по насыщенности картинки органическим, нуждаются в отдельной подсветке – увеличивает габариты и стоимость устройства. Отличаются более яркой картинкой с широкой цветовой гаммой за счёт снижения потери света и уровня перекрёстных помех квантовыми точками. В QNED-панелях пиксели не отключаются, а лишь затеняются, поэтому требую больше энергии, отображают не столь глубокий чёрный цвет.

При покупке недорогого или среднего по цене телевизора стоит обратить внимание на модели с OLED-дисплеями. Они практически во всём превосходят конкурентов и постоянно дешевеют. Консультанты нашего магазина помогут в выборе модели в любой ценовой категории, способной удовлетворить ваши потребности, подскажут, какой бюджетный телевизор стоит брать, где насыщеннее картинка, какие модели не бывают в ремонте.