OLED – вечно перспективные дисплеи. Еще лет 5-6 назад приходилось писать, что вот еще чуть-чуть и мы все будем покупать яркие, красивые, относительно недорогие и экономичные экраны на основе органических светодиодов. Однако реальность оказалась не столь радужной, как ее представляли эксперты. Сейчас в 2010 году OLED-дисплеи мы встречаем лишь в относительно небольших смартфонах и планшетах. Большие диагонали практически недоступны. Ну разве можно всерьез воспринимать 11-дюймовый OLED-телевизор Sony за $1700! Почему так случилось и когда все-таки наступит обещанная эра OLED? Попробуем разобраться.
Первые шаги
Причины всех побед и поражений OLED кроются в особенностях технологии. Поэтому давайте взглянем на ее истоки.
Предпосылки появления OLED (Organic Light Emitting Diode) возникли еще в середине прошлого века. В 50-х годах Андре Бернаноз открыл электролюминисцентные свойства специальных органических материалов. Исследования проводились в течение 60-80-х, однако до попыток внедрения разработок дело не доходило. Были обнаружены органические материалы, которые испускали очень яркий свет, при прохождении через них электрического тока. При этом нередко практически вся энергия подаваемая на такой материал превращалась в свет.
Лишь в 1989 году сотрудники Eastman Kodak Чин Танг и Стив ван Слайк продемонстрировали первый диод, который и открыл путь в большую жизнь материалам, открытым еще 30 лет назад. Танг и Слайк заключили люминисцентный материал между двумя электродами. При пропускании электрического тока анод и катод начинают испускать положительные ионы и электроны. В органическом материале они встречаются, соединяются, а высвободившаяся энергия рассеивается в виде цвета. Заслуга Танга и Слайка была в том, что они не только создали эффективный эмиссионный слой, но и догадались разместить его между двумя электродами, а также сделать один из них прозрачным. Для анодов используется оксид индия, легированный оловом. Он почти полностью пропускает весь видимый диапазон света.
Дальше развитие технологии стало делом техники. К девяностым годам принципы создания цветного изображения уже были хорошо известны и применялись в электронно-лучевых трубках, а также первых ЖК-дисплеях. Особенности материалов, используемых в органических светодиодах, даже упростили задачу. Они могли испускать свет не только разной интенсивности, но и с разной длиной волны. То есть просто нужно было подобрать вещества, которые давали бы чистый красный, зеленый и синий – основные цвета для RGB.
Впрочем, первые OLED-дисплеи, появившиеся в 1998 году были монохромными: с оранжевым, голубым или зеленым оттенком.
Типы OLED
Итак, зеленые, красные и синие светодиоды объединены в ячейки. Ячейки упакованы в матрицу. Чтобы заставить их светиться, необходимо подать на каждую электрический ток определенного напряжения. Самый простой способ - использовать принцип строчной развертки, применяемых в кинескопах: электронный луч последовательно пробегает по слою люминофора, создавая изображение.
В OLED-дисплее контроллер последовательно передает сигнал на каждый из светодиодов. Если это происходит на очень большой скорости, то из-за инерции человеческого зрения, мы видим целостную картинку, а не отдельные вспыхивающие и гаснущие диоды. Такая OLED-матрица называется пассивной. PMOLED (Passive Matrix OLED) достаточно дешевы в производстве, но не экономичны. Фактически при таком построении картинки не получается раскрыть потенциал OLED, которые имеют очень высокий коэффициент полезного действия. Кроме того, особенности конструкции (задержка сигнала) не позволяют сделать PMOLED с большими диагоналями. Максимум – 3.5 дюйма. Такие дисплеи прописали в некоторые MP3-плеерах, автомагнитолах. Они выступают в качестве служебных и чаще всего являются монохромными. Собственно, первое устройство с OLED-дисплеем, выпущенное в 1998 году, было автомагнитолой.
На крышке телефона Nokia 7205 расположена пассивная матрица OLED
Наиболее приемлемым вариантом является AMOLED (Active Matrix OLED) – дисплей с активной матрицей. Здесь каждой ячейке соответствует один управляющий транзистор, а все диоды загораются практически одновременно. Но такие дисплеи относительно дороги в производстве. Кстати, летом 2009 года количество выпускаемых AMOLED превзошло объемы производства PMOLED.
Samsung WiTu с активной матрицей OLED
Помимо дисплеев на базе OLED с активной и пассивной матрицы, выделяют экраны в зависимости от способа нанесения органического материала на подложку: микромолекулярные (Small Molecular OLED – SMOLED) и полимерные (Polymer OLED – PLED). В первом случае органика конденсируется на подложке из специального пара. Можно получить люминисцентный слой толщиной в одну или несколько молекул, что улучшает характеристики матрицы. Во втором – он наносится в жидком виде. Здесь возможны несколько вариантов технологических решений и оборудования. Как правило, они дешевле, чем SMOLED.
Наконец выделяют несколько типов OLED в зависимости от их потребительских свойств. TOLED – прозрачные дисплеи. В классическом органическом светодиоде прозрачным делается анод, но ничто не мешает сделать таковым и катод. Подобные экраны уже есть у Samsung и LG. Их прозрачность не влияет на восприятие картинки, так как сами OLED обладают высокой яркостью. Кроме того, TOLED пропускают 70-80% света.
Прототип ноутбука Samsung с прозрачным дисплеем
В классическом OLED-дисплее в качестве подложки используется стекло, но его можно заменить и гибким материалом. Из гибких (flexible) OLED можно делать дисплеи неправильных форм. Они пригодятся в рекламе, музейном деле. В Японии уже созданы прототипы FOLED, которые можно изгибать не единожды, а многократно. Такой дисплей можно свернуть в трубку. Первые прототипы показаны Sony осенью прошлого года. Более-менее массовое производство можно ожидать через год-два.
Гибкий OLED
SOLED – «упакованные» дисплеи. В классическом OLED светодиоды, как и ячейки кристаллов в ЖК или люминофор в ЭЛТ объединены в пучки по три RGB. Но ведь можно расположить прозрачные диоды различных цветов друг над другом, добившись таким образом увеличения суммарной яркости, да и получить оттенок, комбинируя в этой конструкции базовый красный, зеленый и синий будет проще.
Наконец наиболее перспективный тип – PHOLED, фосфоресцентные дисплей. В классическом OLED применяется принцип электрофлуоресценции. В этих – электрофосфоресценции. Разница не столько в паре букв, сколько в КПД. У OLED для дисплея он высок – 25-30%, у PHOLED – все 100%, ну или около того. Потенциальная сфера применения – большие рекламные экраны и осветительные приборы.
Преимущества и недостатки OLED
Итак, подытожим преимущества OLED.
- OLED светятся сами по себе. Нет нужды в лампе подсветки, экономится энергия, а картинка получается яркой. Яркость может превышать 100 000 кд/м2, хотя в реальных приложениях будут использоваться меньшие значения.
- В состоянии покоя OLED не излучают света вообще. Ни одна, даже самая совершенная ячейка с жидкими кристаллами не способна настолько поляризовать свет. Здесь он просто не излучается. Соответственно мы получаем высокую контрастность 1000000:1 и «чистый» черный цвет. Заметим, речь идет не о динамической контрастности, которой любят щеголять производители ЖК-мониторов.
- OLED – дисплей, фактически состоящий из множества маленьких лампочек. Что быстрее включить выключить светильник или закрыть его светофильтром? Конечно же, нажать на кнопку. Так и с OLED. Время отклика здесь не имеет значения: у ЖК оно измеряется в миллисекундах, у OLED – в микро-. То есть разница на три порядка.
- OLED не нужны лампы подсветки, защитные стекла и прочее. Достаточно двух тонких пластин стекла, между которыми заключен микроскопический слой светодиодов. Соответственно OLED тоньше ЖК, плазмы и других экранов. Сегодня серийно выпускают дисплеи толщиной 0.2 мм, но это, наверное, еще не предел.
- Лампочки, в отличие от жидких кристаллов не замерзают. Поэтому OLED обладает более широким диапазоном рабочих температур.
- Наконец, в OLED мы смотрим на элементы, излучающие свет, а не на светофильтры. Потому данный тип дисплея имеет углы обзора в 180 градусов.
Но есть у OLED и недостатки.
- Первый и самый существенный: оказалось, что время жизни органики, излучающей свет, находится в прямой зависимости от длины волны. Красные и зеленые OLED могут работать десятки тысяч часов. Рекорд для синего OLED – 17.5 часов. При этом он не «ломается» внезапно, а постепенно деградирует, причем делает это быстрее других. Таким образом, уже через 5000 часов службы мы теряем качество цветопередачи. Дисплей начинает заваливаться в один из цветов.
- Второй и не менее существенный – это сама органика. Материалы, используемые для создания OLED, активно контактируют с водой: разбухают, окисляются и т.д. Необходима крайне надежная герметизация. Естественно, что удары и падения таким экранам противопоказаны.
- Третий недостаток кроется в том, что каждый диод представляет собой источник света. В зависимости от картинки, отдельные элементы матрицы излучают с разной интенсивностью. Их износ не равномерен. Так что возможны случай, когда в OLED будут выгорать отдельные пиксели.
- Ну и, наконец, цена. Производство OLED, особенно больших диагоналей, крайне дорого. Если на мобильном рынке с этим еще можно мириться, да и объемы уже позволили снизить стоимость до приемлемого уровня, то диагонали больше 10 дюймов еще проблема. Показателен пример первого OLED-телевизора Sony XEL-1. 11-дюймовый телевизор прекратили продавать в Японии. Он останется только на рынках Европы и США, куда его вывели довольно недавно. За год огромной Sony удалось продать чуть больше 2000 телевизоров стоимостью $2.5 тысячи.
OLED обладает неоспоримыми достоинствами по сравнению в ЖК, плазмой и электронной бумаги. Он дает возможность делать прозрачные табло, гибкие экраны и многие другие фантастические вещи. Однако OLED это все еще слишком дороги. Но и тут технологии удалось покорить ряд рынков.
Мобильный OLED
Если посмотреть на спецификацию наиболее громких мобильных новинок прошлого года, то обнаружится, что более половины интересных устройств в качестве технологии экрана используют AMOLED. Google Nexus One, телефоны HTC, Nokia, Samsung и LG, фотоаппараты Canon и Samsung, плеер Microsoft Zune HD.
Современное мобильное устройство это прежде всего широкий набор функций, относительно небольшой вес и большое время автономной работы. OLED здесь является идеальным решением. Такой дисплей очень тонкий, ему не нужна лампа подсветки. Значит можно либо сделать устройство минимальной толщины, либо в освободившееся место поместить еще пару модулей и таким образом расширить набор доступных функций. OLED экономичен. Соответственно, стандартного аккумулятора хватит на пару лишних часов работы. Наконец, OLED очень яркий, а, значит, он не так тускнеет на ярком солнце. Да и просто красивые цвета – лишние баллы в пользу потребительского выбора.
Проблему большой себестоимости также удалось решить. За счет инвестиций. Во-первых, OLED-дисплей диагональю 2-5 дюймов дорог лишь относительно. Его абсолютная себестоимость все-таки невелика. Например, 3.0-дюймовый ЖК стоит $5, такой же OLED – $10. C одной стороны в два раза дороже, но с другой – $10 все равно не дорого. Поэтому производители смогли инвестировать достаточно большие деньги в организацию массового выпуска AMOLED небольших диагоналей. Учитывая огромный рынок, окупаемость новых фабрик должна наступить довольно быстро. За счет больших объемов выпуска есть возможность снижать цену. Да и для производителя смартфона или другого портативного устройства увеличение себестоимости аппарата на $10-20 некритично. Покупатель с удовольствием заплатит эти деньги за более качественный экран. Кроме того, в среднем время использования дисплея в мобильных гаджетах составляет 1000-5000 часов, в зависимости от типа устройства. Скорее аппарат «умрет» или потребитель его выбросит, чем станет заметной деградация OLED-дисплея.
Именно так поступила Samsung. Корейская компания сегодня является лидером в производстве AMOLED малых диагоналей, создав весьма успешный бизнес. По оценке DisplaySearch, сейчас Samsung Mobile Display принадлежит 37% рынка OLED-экранов. Правда, он пока мал. В докризисном 2008 году объемы продаж составили $600 миллионов. Но к 2015 эксперты обещают $5.5 миллиарда. В 2009 году LG инвестировала в разработки на этом направлении $7.0 миллиардов. Можете представить, когда инвестиции корейцев окупятся!
Super AMOLED – первые образцы
Перспективы AMOLED здесь самые красочные. Возможность делать гибкие дисплеи на базе OLED позволила Samsung создать прогрессивный сенсорный Super AMOLED, показанный в этом году на Всемирном мобильном конгрессе (MWC 2010). До сих пор сенсорные экраны делались путем расположения поверх ЖК-матрицы слоя, чувствительного к прикосновениям. Нередко экраны из-за этого тускнели, а изображение слегка размывалось. Да и толщина дисплея увеличивалась. Корейцам удалось встроить сенсорную пленку в сам дисплей: толщина уменьшилась, а яркость осталась прежней. О начале производства таких AMOLED было объявлено в феврале этого года. Так что уже к концу года можно ожидать сверхтонкие сенсорные устройства.
В 2009 году по данным iSuppli в мире было продано 22.2 миллиона мобильных OLED-дисплеев. Неплохой тираж для многострадальной технологии.
Большой OLED
C OLED больших диагоналей все намного сложнее. Тут получается замкнутый круг. Мы не можем увеличить объемы производства, пока на OLED с большой диагональю не будет высокого спроса, а высокого спроса не будет из-за того, что подобные устройства слишком дороги в сравнении с ЖК или плазмой. Инвестировать волевым усилием в производство OLED больших диагоналей слишком дорого. Кроме того, пока техпроцесс достаточно отлажен, чтобы обеспечивать более-менее массовое производство OLED диагональю 10-15 дюймов. При больших размерах достаточно высок процент брака. Одна из самых главных проблем – равномерное нанесение светоизлучающего слоя. Там, где он окажется толще, яркость экрана будет выше. В случае с малыми диагоналями эта проблема не столь существенна. Но при больших выходит на первый план. Компании экспериментируют с различными приемами: от вакуумного напыления, до струйной печати, аналогичной той, которая используется в принтерах. Специальные «чернила» для второго способа летом 2009 года продемонстрировала компания DuPont.
Производители уже научились создавать демонстрационные образцы с большими диагоналями. В 2007 году Sony показала прототип с диагональю 27 дюймов, в 2008 Samsung освоила 31 дюйм, в 2009 Mitsubishi – 155-дюймовый. Правда, компания слукавила, сшив его более чем из 3000 панелей размером 96х96 мм. Пока наиболее крупные цельные OLED-дисплеи имеют диагонали 40-50 дюймов.
Что вы выберите: Sony XEL-1 диагональю 11 дюймов за $2000-2500 (сейчас $1744) или 40-46-дюймовый Samsung/LG со светодиодной подсветкой за те же деньги? Думается, что ответ очевиден. Вот поэтому OLED на ноутбуках, в компьютерных мониторах и телевизорах представлен пока только прототипами. Sony попала в тот самый замкнутый круг. Компания запустила линию с мощностью 2000 штук в месяц, а смогла продать столько только за год.
Конечно же, свою роль сыграл и экономический кризис. В богатом 2008 году на выставках компании то и дело анонсировали массовое производство и продажи OLED-телевизоров с диагоналями 15-20 дюймов в начале 2009. Но после начала рецессии стало понятно, что покупателей у таких устройств нет. Лишь Sony сдержала свое обещание и, похоже, потеряла на XEL-1 немалые деньги. Так что и в течение 2009 года интерес к технологии поддерживался исключительно анонсами. LG пообещала 15-дюймовый телевизор, но также не спешит с началом продаж, так как устройство все равно стоит около $2000, что делает его фактически неконкурентоспособным. Лишь очень богатые поклонники хай-тека могут позволить себе такие игрушки, но они не в состоянии сделать объемов.
Но не все так плохо у OLED. Пока компании рассчитывают продвинуть его в мире больших диагоналей с помощью телевизионного оборудования, но, возможно, более эффективным будет установка прогрессивных экранов в планшетах, ноутбуках и другой технике.
Прототип гнущегося ноутбука ASUS с двумя OLED-дисплеями
Например, в этом году Samsung продемонстрировала на CES 14-дюймовый ноутбук с прозрачным экраном. Игрушка интересная и может найти применение в сфере обслуживания. Ведь контакт улучшается, когда вы видите человека целиком, а он не прячется за экраном. LG предлагает телефоны с прозрачным дисплеем. Человеку необходимо опробовать и привыкнуть к OLED, не платя за это тысячи долларов.
Перспективы OLED
Сегодня основными производителями OLED являются Samsung, LG, Sony, DuPont, Anwell, Chi Mei Corporation. Рано или поздно проблемы OLED будут решены. Компании не спешат вкладывать в производственные линии, но не стесняются в инвестициях в исследования.
Да и с объемами все налаживается. В этом году в планах Samsung выпустить 8 миллионов AMOLED-матриц.
OLED станет главной экранной технологией второго десятилетия XXI века. Она вписывается и в новые тренды. В октябре 2008 года Sony опубликовала исследование, проведенное совместно с институтом Макса Планка. Согласно ему именно OLED является наиболее перспективной технологией для построения трехмерной картинки. Учитывая основной тренд в кинопроизводстве, наметившийся в конце 2009 года с выходом «Аватара» это особенно актуально. Сегодня трехмерный эффект создается за счет попеременной демонстрации картинки для правого и левого глаза, которая затем складывается в стереизображение, благодаря специальным очкам и инерции человеческого зрения. Многослойный TOLED вполне может создать не иллюзорную, а действительно трехмерную картинку. Но все это пока в будущем.
40-дюймовый прототип Samsung
Пока же необходимо решить главную проблему – проблему доступности OLED с большими диагоналями. Если сегодня уже трудно представить хай-энд смартфон без дисплея AMOLED, то с большими диагоналями все иначе. ЖК постоянно совершенствуется. У OLED появляется сильный конкурент в виде дешевых вариантов матриц *VA или IPS. Например, 22-23 дюймовый монитор на E-IPS сегодня можно купить за $400-500. Отличную цветопередачу можно получить буквально даром. Что касается менее требовательных пользователей, то они вполне довольны ЖК-матрицами со светодиодной подсветкой: картинка получается яркой и контрастной, кажется, что даже цветопередача у TN-Film стала нормальной. Кроме того, такая подсветка экономичнее, чем лампы.
Конечно, хочется, чтобы OLED стал сразу массовым. Но, скорее всего, этого не случится. В ближайшие годы большие диагонали будут очень дороги. OLED займет нишу плазменных панелей. При сравнимой стоимости, дисплеи на органических светодиодах обладают большей яркостью, временем работы, да и проще конструктивно.
Как бы то ни было, OLED придется оставаться «перспективной» технологией еще 2-3 года минимум. Причем многое здесь зависит от общего состояния мировой экономики. Чем быстрее вернутся «жирные» годы, тем раньше OLED станет массовым.
Впрочем, в случае с данной технологией грех жаловаться. Мы имеем рынок и индустрию OLED, пусть только и сегменте мобильных устройств, примерно через 50-60 лет после открытия электрофлуоресценции некоторых органических соединений. У ЖК путь до первого прототипа занял на 2-3 десятилетия больше.
Но самое интересное, что когда OLED все же заменит жидкие кристаллы, большинство это и не заметит. Разница между экранами на основе ЭЛТ-трубок и ЖК-дисплеями видна невооруженным глазом, тогда как OLED просто «чуточку» тоньше. Для многих потребителей это станет лишь «еще одной умной аббревиатурой, призванной вытянуть лишний рубль из кошелька». Так оно, по сути, и есть. С другой стороны, аргументация «в 5 раз компактнее, чем старые телевизоры» уже не пройдет. Закупившись ЖК-панелями обыватели приобретут что-нибудь на базе OLED только тогда, когда придет время (или появится желание) обновить свой телевизор, монитор, ноутбук, телефон.
