AMOLED

AMOLED (активная матрица на органических светодиодах, от англ. Active Matrix Organic Light-Emitting Diode) — это технология изготовления дисплеев, в которой каждый пиксель состоит из органических светоизлучающих диодов (OLED), управляемых тонкоплёночными транзисторами (TFT) активной матрицы. В отличие от пассивных матриц (PMOLED), активная матрица позволяет управлять каждым субпикселем индивидуально, что обеспечивает высокое быстродействие, контрастность и энергоэффективность. AMOLED-дисплеи используются в смартфонах, телевизорах, мониторах, носимой электронике и других устройствах.

История

Предпосылки и ранние разработки

Исследования органических светодиодов начались в 1950-х годах, когда французский учёный Андре Бернанос впервые наблюдал электролюминесценцию в органических материалах. Однако практическое применение стало возможным лишь после открытия в 1987 году Чин В. Таном и Стивеном Ван Слайком из компании Eastman Kodak (США) двухслойной структуры OLED, способной эффективно излучать свет при низком напряжении. В 1990 году группа учёных из Кембриджского университета (Великобритания) под руководством Ричарда Френда продемонстрировала полимерные светодиоды (PLED), что расширило возможности технологии.

Первые коммерческие продукты

Первые OLED-дисплеи на пассивной матрице (PMOLED) появились в середине 1990-х годов. Они использовались в небольших экранах (например, в автомобильных стереосистемах и мобильных телефонах), но имели ограничения по размеру и разрешению из-за высокой токовой нагрузки на строки. В 2003 году компания Kodak выпустила первый цифровой фотоаппарат с OLED-экраном (Kodak EasyShare LS633), однако это был PMOLED.

Прорыв в области активных матриц произошёл в 2007 году, когда компания Samsung (Республика Корея) представила первый коммерческий AMOLED-дисплей для мобильных телефонов. Модель Samsung SGH-i7110 оснащалась 2,8-дюймовым экраном с разрешением 240×320 пикселей. В 2008 году компания Nokia выпустила флагманский смартфон N85 с AMOLED-дисплеем, что способствовало популяризации технологии.

Развитие в 2010-х годах

В 2010-х годах AMOLED-технология стремительно развивалась. Компания Samsung стала крупнейшим производителем AMOLED-панелей, внедрив технологию Super AMOLED (2010), в которой сенсорный слой интегрирован непосредственно в дисплей, что уменьшило толщину и улучшило яркость. В 2013 году Samsung представила гибкие AMOLED-дисплеи, которые легли в основу смартфонов с изогнутыми экранами (например, Samsung Galaxy Round и Galaxy Note Edge). К середине 2010-х годов AMOLED-панели начали использоваться в телевизорах (LG, Sony), а также в умных часах (Apple Watch, Samsung Gear).

Современное состояние

К началу 2020-х годов AMOLED стал доминирующей технологией в сегменте смартфонов среднего и высокого ценового диапазона. В 2023 году доля AMOLED-дисплеев на рынке мобильных устройств превысила 50%, вытесняя LCD. Производители, такие как Samsung Display, LG Display, BOE Technology (Китай) и Tianma Microelectronics (Китай), продолжают совершенствовать технологию, увеличивая разрешение, яркость и долговечность.

Устройство и принцип работы

Структура пикселя

AMOLED-дисплей состоит из нескольких основных слоёв:

• Подложка — стеклянная или гибкая полимерная основа, на которую наносятся все слои.
• Матрица TFT (тонкоплёночных транзисторов) — активная матрица, управляющая каждым субпикселем. TFT-схема включает как минимум два транзистора (один для выбора пикселя, другой для управления током) и один конденсатор для хранения заряда.
• Органические слои — многослойная структура, включающая:
• Анод (прозрачный, обычно из оксида индия-олова, ITO).
• Слой дырочной инжекции (HIL) и слой дырочной транспортировки (HTL) — обеспечивают перенос положительных зарядов.
• Эмиссионный слой (EML) — содержит органические молекулы или полимеры, которые излучают свет при рекомбинации электронов и дырок. Для цветных дисплеев используются три типа эмиссионных материалов: красный (R), зелёный (G) и синий (B).
• Слой электронной транспортировки (ETL) и слой электронной инжекции (EIL) — переносят отрицательные заряды.
• Катод — металлический электрод (например, из алюминия или серебра).
• Защитное покрытие — герметизирующий слой, предотвращающий проникновение кислорода и влаги, разрушающих органические материалы.

Принцип работы

При подаче напряжения на анод и катод через органические слои начинают двигаться электроны (от катода) и дырки (от анода). В эмиссионном слое происходит их рекомбинация, в результате чего высвобождается энергия в виде фотонов (света). Цвет излучения определяется типом органического материала в EML. Яркость каждого субпикселя регулируется силой тока, который задаётся TFT-схемой. Благодаря активной матрице, каждый пиксель может быть включён или выключен независимо, что позволяет достигать высокого контраста — чёрные пиксели не излучают свет (абсолютный чёрный).

Отличие от LCD

В отличие от жидкокристаллических дисплеев (LCD), AMOLED не требует отдельной подсветки (Backlight Unit). Это даёт несколько преимуществ:

• Более высокая контрастность — чёрный цвет является абсолютно чёрным, так как пиксели выключены.
• Более широкие углы обзора — без потери яркости и цветопередачи.
• Меньшая толщина — отсутствие слоя подсветки.
• Более низкое энергопотребление при отображении тёмных сцен.

Классификация AMOLED-дисплеев

По типу подложки

• Жёсткие AMOLED — на стеклянной подложке, используются в большинстве смартфонов и телевизоров.
• Гибкие AMOLED — на полимерной подложке (например, полиимид), позволяют создавать изогнутые, складные и рулонные дисплеи. Примеры: Samsung Galaxy Z Fold, Huawei Mate X.

По структуре пикселей

• RGB-AMOLED — каждый пиксель состоит из трёх субпикселей (красный, зелёный, синий) одинакового размера. Используется редко из-за сложности производства.
• PenTile (RGBG) — патентованная технология Samsung, в которой пиксель состоит из двух субпикселей: зелёного (большой) и попеременно красного или синего. Это снижает разрешение по цвету, но уменьшает стоимость и повышает яркость.
• Diamond Pixel — улучшенная версия PenTile с субпикселями в форме ромбов, обеспечивающая более равномерное распределение цветов. Используется в современных дисплеях Samsung (с 2016 года).

По поколениям

• AMOLED — базовое поколение, типичное для устройств 2008–2012 годов.
• Super AMOLED — интеграция сенсорного слоя в дисплей, снижение толщины и улучшение яркости (с 2010 года).
• Super AMOLED Plus — отказ от PenTile в пользу RGB-структуры, повышение чёткости (с 2011 года, использовался в Samsung Galaxy S II).
• Dynamic AMOLED — дисплеи с поддержкой HDR10+, высокой цветовой точностью и адаптивной частотой обновления (с 2019 года, Samsung Galaxy S10).
• AMOLED LTPO — использование низкотемпературной поликристаллической подложки (Low-Temperature Polycrystalline Oxide), позволяющей динамически менять частоту обновления от 1 до 120 Гц для экономии энергии (с 2020 года, Samsung Galaxy Note 20 Ultra).

Характеристики

Основные параметры

• Разрешение — от HD (1280×720) до 4K (3840×2160) и выше. В смартфонах распространены Full HD+ (1080×2400) и Quad HD+ (1440×3200).
• Яркость — типичная 300–600 кд/м², пиковая до 2000 кд/м² (в режиме HDR).
• Контрастность — теоретически бесконечная (из-за абсолютного чёрного), на практике ограничена 1 000 000:1.
• Цветовой охват — до 100% DCI-P3 и 140% sRGB.
• Частота обновления — от 60 Гц до 240 Гц (в игровых мониторах).
• Время отклика — менее 0,1 мс (значительно быстрее LCD).

Недостатки

• Выгорание пикселей (burn-in) — со временем органические материалы теряют яркость, особенно синие, что приводит к появлению остаточных изображений. Особенно заметно при статическом отображении (например, панель уведомлений).
• Энергопотребление на светлых сценах — при отображении белого фона AMOLED может потреблять больше энергии, чем LCD, так как все пиксели светятся.
• Чувствительность к влаге и кислороду — органические слои деградируют при контакте с воздухом, требуется герметизация.
• Стоимость — производство AMOLED-панелей дороже, чем LCD, особенно для больших диагоналей.

Применение

Мобильные устройства

AMOLED-дисплеи широко используются в смартфонах (Samsung Galaxy, iPhone X и более новые модели, Xiaomi, OnePlus), планшетах (Samsung Galaxy Tab S) и умных часах (Apple Watch, Samsung Galaxy Watch). Благодаря тонкому корпусу и низкому энергопотреблению, технология идеальна для носимой электроники.

Телевизоры и мониторы

С 2013 года компания LG Display (Республика Корея) начала массовое производство телевизионных AMOLED-панелей (под брендом OLED). Такие телевизоры обеспечивают превосходное качество изображения, но остаются дорогими. В сегменте мониторов AMOLED-дисплеи используются в игровых моделях (например, Alienware AW3423DW) и профессиональных мониторах для цветокоррекции.

Автомобильная промышленность

AMOLED-панели применяются в приборных панелях и информационно-развлекательных системах автомобилей (например, Mercedes-Benz EQS, BMW iX). Гибкие дисплеи позволяют создавать изогнутые панели, вписывающиеся в дизайн салона.

Виртуальная и дополненная реальность

AMOLED-дисплеи используются в шлемах виртуальной реальности (Oculus Quest 2, HTC Vive) благодаря низкой инерционности и высокому контрасту, снижающему эффект «размытия» при быстрых движениях.

Производители

Крупнейшие компании

• Samsung Display (Республика Корея) — доминирующий производитель AMOLED-панелей для смартфонов (около 70% рынка в 2023 году). Поставляет дисплеи для Apple, Xiaomi, OnePlus и других брендов.
• LG Display (Республика Корея) — лидер в сегменте крупноформатных AMOLED-панелей (телевизоры, мониторы).
• BOE Technology (Китай) — крупный китайский производитель, поставляющий AMOLED-панели для Huawei, Honor и других китайских брендов.
• Tianma Microelectronics (Китай) — производит AMOLED-дисплеи для смартфонов среднего сегмента.
• Visionox (Китай) — специализируется на гибких AMOLED-панелях.

Интересные факты

• Первый в мире складной смартфон с AMOLED-дисплеем — Samsung Galaxy Fold (2019).
• AMOLED-дисплеи используются в некоторых моделях ноутбуков (например, Dell XPS 15 OLED, Lenovo ThinkPad X1 Yoga OLED).
• Технология AMOLED позволяет создавать прозрачные дисплеи (Transparent AMOLED), которые применяются в рекламных стендах и витринах.
• В 2021 году компания Samsung Display представила дисплей с частотой обновления 240 Гц для игровых мониторов.

Критика

Основной критике подвергается выгорание AMOLED-экранов. Производители пытаются решить эту проблему с помощью алгоритмов сдвига пикселей (pixel shifting) и уменьшения яркости статических элементов, однако полностью устранить деградацию не удаётся. Также отмечается, что PenTile-дисплеи имеют более низкую чёткость по сравнению с RGB-экранами при одинаковом разрешении, что заметно при чтении мелкого текста.

Источники

• Tang, C. W., & VanSlyke, S. A. (1987). Organic electroluminescent diodes. Applied Physics Letters, 51(12), 913–915.
• Friend, R. H., et al. (1990). Electroluminescence in conjugated polymers. Nature, 356, 118–120.
• Samsung Display. (2023). AMOLED Technology Overview. Samsung Display Official Website.
• LG Display. (2022). OLED TV Technology White Paper.
• IDC. (2023). Global Smartphone Display Market Share Report.
• BOE Technology. (2023). Flexible AMOLED Display Technical Specifications.