OLED

OLED (от англ. organic light-emitting diode — органический светоизлучающий диод) — это полупроводниковый прибор, изготовленный из органических соединений, который излучает свет при пропускании через него электрического тока. OLED-технология лежит в основе класса дисплеев, используемых в бытовой электронике, профессиональном оборудовании и осветительных приборах. Основными преимуществами OLED-экранов являются высокая контрастность, широкие углы обзора, малая толщина панели и возможность создания гибких и прозрачных конструкций.

История

Открытие и первые разработки

Явление электролюминесценции в органических материалах было впервые описано французским учёным Андре Бернаносом в 1953 году. Однако практическое применение технологии стало возможным лишь спустя десятилетия. В 1987 году сотрудники компании Eastman Kodak Чинг Тан и Стивен Ван Слайк создали первый двухслойный органический светоизлучающий диод, который работал при относительно низком напряжении (менее 10 В) и имел приемлемую яркость. Это открытие считается отправной точкой современной OLED-индустрии.

Коммерциализация

В 1990-х годах исследования в области OLED активно велись в Японии и Южной Корее. В 1997 году компания Pioneer выпустила первый серийный продукт с OLED-дисплеем — автомобильную аудиосистему. В 2001 году компания Sony представила прототип 13-дюймового OLED-телевизора. Первым массовым продуктом стал мобильный телефон NEC N701iECO (2004 год) с внешним OLED-экраном. Настоящий прорыв произошёл в 2007 году, когда Sony начала продажи 11-дюймового OLED-телевизора XEL-1 — первого в мире коммерческого телевизора на этой технологии.

Современный этап

С 2010-х годов OLED-дисплеи стали доминировать в сегменте смартфонов премиум-класса (Samsung, Apple, Huawei). В 2013 году компания LG Display начала массовое производство крупноформатных OLED-панелей для телевизоров. К 2020-м годам OLED-технология проникла в сегмент мониторов, ноутбуков, планшетов и носимой электроники. Крупнейшими производителями OLED-панелей являются Samsung Display (панели для мобильных устройств) и LG Display (крупноформатные панели).

Устройство и принцип работы

Структура OLED-пикселя

Типичный OLED-пиксель состоит из следующих слоёв, нанесённых на подложку (стеклянную, пластиковую или металлическую):

Анод (прозрачный, обычно из оксида индия-олова — ITO).
Слой дырочной инжекции (HIL).
Слой дырочной транспортировки (HTL).
Эмиссионный слой (EML) — основной рабочий слой из органических молекул или полимеров.
Слой электронной транспортировки (ETL).
Слой электронной инжекции (EIL).
Катод (отражающий, из алюминия или магния-серебра).

Принцип излучения

При подаче напряжения на анод и катод электроны инжектируются в эмиссионный слой со стороны катода, а дырки — со стороны анода. В эмиссионном слое электроны и дырки рекомбинируют, образуя экситоны (возбуждённые состояния). При переходе экситона из возбуждённого состояния в основное выделяется энергия в виде фотона (света). Цвет излучения определяется химической структурой органических материалов в эмиссионном слое.

Цветовые схемы

RGB OLED — каждый пиксель состоит из трёх субпикселей (красного, зелёного и синего), излучающих свет напрямую.
WOLED (White OLED) — используется белый излучатель, а цвет формируется с помощью цветных фильтров (технология LG Display).
QD-OLED — гибридная технология, в которой синий OLED-слой возбуждает квантовые точки, излучающие красный и зелёный свет (используется Samsung Display).

Классификация

По типу органического материала

SM-OLED (small molecule) — низкомолекулярные органические соединения. Осаждаются методом вакуумного напыления. Обеспечивают высокую эффективность и долговечность.
P-OLED (polymer) — полимерные (высокомолекулярные) материалы. Наносятся методом струйной печати или центрифугирования. Потенциально дешевле в производстве, но пока уступают по характеристикам SM-OLED.

По конструкции подложки

Жёсткие OLED — на стеклянной подложке. Используются в телевизорах, мониторах.
Гибкие OLED — на пластиковой или металлической фольге. Позволяют создавать изогнутые, складные и сворачиваемые дисплеи.
Прозрачные OLED — с прозрачными электродами и подложкой. Применяются в витринах, дополненной реальности.

По способу адресации пикселей

PMOLED (Passive Matrix) — пассивная матрица. Управление строками и столбцами. Простая конструкция, но ограниченное разрешение и размер. Используется в небольших дисплеях (часы, плееры).
AMOLED (Active Matrix) — активная матрица. Каждый пиксель управляется отдельным тонкоплёночным транзистором (TFT). Обеспечивает высокое разрешение, быстрый отклик и низкое энергопотребление. Доминирует в современных устройствах.

Преимущества и недостатки

Преимущества

Абсолютный чёрный цвет — пиксели могут быть полностью выключены, что даёт бесконечную контрастность.
Широкие углы обзора — цвет и яркость практически не меняются при отклонении до 178°.
Высокая скорость отклика — время переключения пикселя составляет микросекунды, что исключает размытие в динамичных сценах.
Тонкая конструкция — отсутствие подсветки позволяет делать панели толщиной менее 1 мм.
Гибкость — возможность создания изогнутых и складных экранов.
Энергоэффективность — при отображении тёмных сцен потребление энергии ниже, чем у ЖК-дисплеев.

Недостатки

Выгорание (burn-in) — неравномерное старение органических материалов, приводящее к остаточным изображениям. Особенно заметно при длительном отображении статичных элементов (логотипы, интерфейсы).
Ограниченный срок службы — синие субпиксели деградируют быстрее красных и зелёных, что со временем приводит к смещению цветового баланса.
Чувствительность к влаге и кислороду — органические материалы разрушаются при контакте с воздухом, требуют герметизации.
Высокая стоимость производства — особенно для крупноформатных панелей.
ШИМ-мерцание — для регулировки яркости многие AMOLED-экраны используют широтно-импульсную модуляцию, что может вызывать дискомфорт у чувствительных пользователей.

Применение

Бытовая электроника

Смартфоны — подавляющее большинство флагманских моделей (Samsung Galaxy, Apple iPhone, Xiaomi, OnePlus) используют AMOLED-дисплеи.
Телевизоры — LG, Sony, Panasonic, Philips выпускают OLED-телевизоры диагональю от 42 до 97 дюймов.
Мониторы — с 2020-х годов OLED-мониторы (Dell, Alienware, Asus, LG) набирают популярность среди геймеров и профессионалов.
Носимые устройства — умные часы (Apple Watch, Samsung Galaxy Watch), фитнес-трекеры.
Ноутбуки и планшеты — модели премиум-класса (Apple iPad Pro, Dell XPS, Lenovo ThinkPad X1).

Профессиональное оборудование

Медицинские мониторы — высокая контрастность и цветопередача востребованы в радиологии и хирургии.
Студийные мониторы — для цветокоррекции и видеомонтажа.
VR/AR-гарнитуры — OLED-дисплеи обеспечивают низкую задержку и высокую частоту обновления.

Освещение

OLED-панели — используются как декоративные и функциональные источники света (светильники, лампы). Отличаются равномерным мягким свечением и тонким профилем.

Специальные применения

Автомобильные дисплеи — приборные панели, информационно-развлекательные системы.
Военная и авиационная техника — дисплеи для шлемов пилотов, приборов ночного видения.

Ключевые производители

Samsung Display (Южная Корея) — крупнейший производитель AMOLED-панелей для мобильных устройств. Разработчик технологии QD-OLED.
LG Display (Южная Корея) — лидер по производству крупноформатных OLED-панелей для телевизоров (технология WOLED).
BOE Technology Group (Китай) — крупный производитель OLED-панелей для смартфонов и планшетов.
Visionox (Китай) — специализируется на гибких и складных OLED-дисплеях.
Japan Display Inc. (JDI) (Япония) — производитель OLED-панелей для смартфонов и носимой электроники.

Перспективы развития

Основные направления развития OLED-технологии включают:

Увеличение срока службы — разработка новых органических материалов с повышенной стабильностью.
Снижение стоимости — внедрение методов печатной электроники (струйная печать полимеров).
Повышение яркости и энергоэффективности — использование фосфоресцентных и TADF-материалов.
Развитие гибких и сворачиваемых дисплеев — коммерциализация рулонных экранов.
Интеграция сенсоров — встраивание сканеров отпечатков пальцев, камер и датчиков непосредственно в OLED-панель.

Источники

Tang, C. W., & VanSlyke, S. A. (1987). Organic electroluminescent diodes. Applied Physics Letters, 51(12), 913–915.
Tsujimura, T. (2017). OLED Display Fundamentals and Applications. Wiley.
Koden, M. (2016). OLED Displays and Lighting. Wiley.
Отчёты аналитических агентств Omdia, Display Supply Chain Consultants (DSCC).
Материалы компаний Samsung Display, LG Display, BOE Technology.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →