В этом году в сфере OLED происходит много прогрессивных разработок, особенно для больших дисплеев и приложений VR/AR. Если вас интересует эта технология, важно признать, что не все OLED-дисплеи одинаковы. Изучение этих различий может помочь вам сделать разумный выбор при покупке устройств с OLED-экранами.
Давайте приступим и узнаем, как эти замечательные достижения формируют будущее цифровых дисплеев.
Базовая структура OLED-дисплея
Чтобы понять различные технологии OLED, необходимо знать базовую структуру OLED-дисплеев. Мы все знаем, что OLED-дисплеи – это самоизлучающие дисплеи, которые используют органические материалы для излучения света при подаче электрического тока, и в отличие от ЖК-дисплеев им не требуется подсветка.
Если бы мы хотели упростить ситуацию ради лучшего понимания, то базовую структуру OLED-панели можно было бы разделить на излучающий слой и заднюю панель TFT.
Эмиссионный слой содержит материал OLED, отвечающий за излучение света. Конечно, он поддерживается различными другими слоями, которые повышают эффективность процесса, включая слой инжекции дырок (HIL), слой транспортировки дырок (HTL), слой инжекции электронов (EIL) и слой транспортировки электронов (ETL).
Задняя панель TFT (Thin Film Transistors) построена на стеклянной или PI-подложке и по сути содержит все схемы, необходимые для адресации субпикселей. Задняя панель включает переключение TFT для включения/выключения субпикселей и управление TFT для поддержания их яркости. Эти схемы TFT становятся более сложными по мере увеличения разрешения.
Для поддержки отзывчивых дисплеев с высоким разрешением и высокой частотой обновления электроны должны быстро перемещаться по схемам TFT. Вот почему материал, используемый для этих TFT, играет важную роль в определении производительности дисплея. Поэтому, когда мы говорим о таких словах, как Ai-Silicon, LTPS или LTPO, речь идёт о технологии задней панели.
Также важно отметить, что все OLED-дисплеи, используемые в коммерческих устройствах, имеют заднюю панель TFT и поэтому называются дисплеями Active Matrix OLED или AMOLED. Почти все ЖК-дисплеи, используемые в потребительских устройствах, также являются ЖК-дисплеями Active Matrix или AMLCD. Таким образом, независимо от того, использует ли производитель AMOLED или OLED для описания своих дисплеев, они все являются дисплеями AMOLED. Пассивные матричные OLED-дисплеи больше не используются в основных потребительских устройствах, включая смартфоны, телевизоры или планшеты.
Структура OLED, показанная на изображении выше, в первую очередь предназначена для базовой панели RGB OLED. Другие типы OLED-дисплеев могут иметь дополнительные слои. Например, White OLED-дисплеи, обычно используемые в телевизорах, имеют слой цветного фильтра и поляризатор, который предотвращает отражение внешнего света панелью.
Дисплеи RGB-OLED
RGB OLED – это OLED, используемые в наших смартфонах. Они имеют отдельные красные, зеленые и синие субпиксели, где материал OLED нанесён с помощью Fine Metal Mask или FMM.
Эти дисплеи имеют один слой излучающего OLED-материала, это означает, что срок службы дисплея не очень долгий, но всё же подходит для обычного жизненного цикла смартфона.
Невероятно сложно производить устройства с большим экраном, такие как телевизоры, используя ту же технологию. Samsung выпустила свой единственный телевизор с настоящим RGB OLED, Samsung KE55S9C с изогнутым экраном в 2013 году. Позже компания перешла на QLED в качестве основной телевизионной технологии на несколько лет.
Пока мы говорим о телефонах, мы кратко рассмотрим гибкие OLED и LTPO OLED. Гибкие OLED в телефонах похожи на RGB OLED, но вместо стеклянной подложки они используют гибкий полиимидный (PI) материал в качестве основы. Эти дисплеи также используют технологию тонкопленочной инкапсуляции (TFE) для защиты дисплея вместо обычной инкапсуляции.
Дисплеи LTPO (низкотемпературный поликристаллический оксид) известны как быстрые и отзывчивые OLED-дисплеи для телефонов. Эти дисплеи объединяют материалы LTPS и IGZO в задней панели TFT. LTPS используется для переключения TFT, а IGZO используется для управления TFT. Объединяя преимущества обоих, эти дисплеи отзывчивы и относительно более энергоэффективны, чем обычные LTPS OLED-дисплеи, и поэтому всё чаще используются в высококлассных смартфонах с переменной частотой обновления.
Тандемный OLED
Tandem OLED в широком смысле относится к любой OLED-панели, которая складывает несколько слоев излучающего материала. Этот термин широко применяется к новым OLED-дисплеям, разрабатываемым Samsung и LG для высококлассных планшетов, таких как iPad Pro, а также, возможно, для моделей MacBook, которые используют OLED-дисплеи.
Tandem OLED-дисплеи от LG также используются в складных ноутбуках, таких как HP Spectre Foldable. Эти дисплеи изначально были разработаны для автомобильных приложений, которым требуется высокая яркость для видимости и длительный срок службы.
Использование двухслойной структуры для материала OLED помогает улучшить яркость и срок службы этих дисплеев, что является важными атрибутами для планшетов и ноутбуков, которые, как ожидается, будут иметь более длительный срок службы, чем смартфоны. Первоначальные отчеты утверждают о 2-кратной яркости и 4-кратном увеличении срока службы по сравнению с однослойными OLED.
Эти дисплеи используют тонкопленочную инкапсуляцию (TFE), применяемую в гибких OLED-дисплеях для защиты от влаги и пыли, но на твёрдой стеклянной подложке вместо гибкой. Вот почему LG и Samsung также называют их гибридными дисплеями.
Технология eLEAP OLED
eLEAP означает «экологически чистый», «литография с безмасочным осаждением», «экстремально долгий срок службы», «низкое энергопотребление», «высокая яркость», «шаблон любой формы».
Критическая точка – L или литография с безмасочным осаждением. Как мы уже обсуждали, RGB OLED содержат самоизлучающие красные, зеленые и синие субпиксели, которые осаждены на подложку через тонкую металлическую маску (FMM) посредством процесса, называемого испарением.
После осаждения подложки маска химически удаляется с помощью процесса, называемого мокрым травлением, который включает погружение панели в химические растворы, которые растворяют маску, но не влияют на излучающий материал. Затем процесс осаждения повторяется для двух других субпикселей.
Ежегодно используется около 150 тыс. тонн химикатов для очистки масок, поэтому панели eLEAP, которые полностью исключают необходимость в маске, являются экологически безопасными.
Более того, устранение тонкой металлической маски помогает достичь значительно большего коэффициента апертуры: 60% по сравнению с 28% в OLED, изготовленных с использованием тонкой металлической маски. Это также позволяет производить гибкие OLED-дисплеи любой формы!
Коэффициент апертуры является одним из ключевых показателей производительности OLED-дисплея. Более высокий коэффициент апертуры дисплея позволяет достичь более высокого уровня яркости при том же уровне энергопотребления. Это означает, что можно добиться более длительного срока службы дисплея, поскольку большое потребление энергии часто может сократить срок службы дисплея.
Производитель дисплеев eLEAP заявляет о 2-кратном повышении эффективности, 2-кратном повышении пиковой яркости и 3-кратном увеличении срока службы по сравнению с существующими OLED-панелями. Ожидается, что эти дисплеи поступят в массовое производство в 2025 году и потенциально могут использоваться в популярных устройствах Samsung и Apple.
Дисплеи White OLED
White OLED-дисплеи наиболее заметны в OLED-телевизорах. Эти дисплеи имеют четыре субпикселя – белый, зеленый, синий и красный, из которых любые три активны в данный момент. White OLED-дисплеи не имеют отдельных OLED-излучателей для каждого субпикселя, как OLED-дисплеи на наших смартфонах и планшетах, а вместо этого используют стек для создания белого света на всех пикселях, а затем используют цветовой фильтр для создания красных, зеленых и синих субпикселей.
Тандемный стек «белых OLED», производимых LG Displays, включает два слоя: синий, красный, желто-зеленый и зеленый. Объединенный белый свет из них затем проходит через слой цветового фильтра для получения красно-зелено-сине-белых субпикселей.
Последнее третье поколение белых OLED также называется MLA OLED. Эти дисплеи используют матрицу микролинз и технологию LG Meta Booster, которая позволяет улучшить яркость до 60 процентов и расширить угол обзора до 30 процентов.
Дисплеи QD-OLED
Дисплеи QD-OLED, используемые, например, в телевизорах Sony A95K и Samsung Q95C, имеют похожую многослойную структуру, как и белые OLED, но есть одно существенное отличие. Слой цветного фильтра наверху заменен слоем преобразования квантовых точек, напечатанным струйным принтером.
Несколько сложенных слоев излучения OLED производят синий свет, который возбуждает красные и зеленые квантовые точки для излучения красного и зеленого света. Синий свет проходит как есть через синий субпиксель.
Таким образом, дисплей по сути ведет себя как RGB OLED, поскольку нет потери квантовой эффективности, когда синий свет возбуждает квантовые точки. Это означает, что интенсивность зеленого и красного света, излучаемого квантовыми точками, такая же, как и у синего света, который их возбуждает.
Поскольку для повышения яркости не требуется белый субпиксель, дисплеи QD-OLED могут достигать более широкого цветового охвата, становиться ярче и улучшать производительность в области, близкой к черной.
Печатный OLED
Печатные OLED – это настоящие RGB OLED, которые проще производить в больших размерах. Красный, синий и зеленый OLED-материал в эмиссионном слое просто печатается на подложке с углублениями, которые удерживают чернила OLED-материала.
Печатные OLED-дисплеи использовались в нескольких премиальных и профессиональных OLED-мониторах, включая LG OLED Pro 4K, который, как утверждается, использовался несколькими профессиональными колористами, работавшими из дома во время пандемии. Однако, компания JOLED, поставляющая эти панели, подала заявление о банкротстве в начале 2023 года.
Это не конец пути для печатных OLED. На выставке Display Week 2023 компания TCL CSOT продемонстрировала несколько инновационных концепций печатных OLED, включая складной телевизор 8K! У компании пока ещё нет производственной линии для печатных OLED-дисплеев, поэтому потребуется некоторое время, чтобы такие телевизоры действительно вышли на потребительский рынок.
Дисплеи micro OLED
Гарнитуры виртуальной реальности с дисплеями micro OLED, такие как Varjo Aero, существуют уже некоторое время, но именно гарнитура Apple Vision Pro популяризировала эту технологию и дала ей мощный толчок. Apple также можно отнести к использованию более крупных и четких дисплеев micro OLED с 23 миллионами пикселей, распределенных по двум панелям micro OLED-дисплеев.
Дисплеи Micro OLED не используют стеклянную подложку с задней панелью TFT. Задняя панель вместо этого производится на полупроводниковой фабрике, хотя, возможно, не на таких передовых технологических узлах, как чипсеты для смартфонов.
Затем материал OLED наносится на кремниевую заднюю панель. Согласно DSCC, дисплей, используемый в Apple Vision Pro, имеет заднюю панель, изготовленную TSMC, а эмиссионный слой – Sony. Компания использует белый стек OLED с матрицей microLens и матрицей цветных фильтров сверху, что-то вроде White OLED в телевизорах. Но, в отличие от телевизоров, дисплеи micro OLED для виртуальной реальности не требуют антибликового покрытия или поляризатора. Sony также переместила цветной фильтр ближе к стеку OLED для повышения эффективности.
Все эти факторы позволяют дисплеям micro OLED стать значительно ярче. Фактически, представьте себе дисплей, который достигает яркости 15000 нит! Такая высокая яркость необходима для компенсации значительной потери эффективности при прохождении света через оптические линзы в VR-гарнитурах.
PHOLED-дисплеи
Ожидается, что фосфоресцентные OLED или PHOLED значительно улучшат яркость, цвета и эффективность OLED-дисплеев, используемых в телевизорах, планшетах, ноутбуках и даже смартфонах.
Яркость – это явление, при котором материал OLED излучает свет при воздействии электрического тока. В принципе, в OLED-дисплеях используются два вида яркости – фосфоресценция и флуоресценция.
Флуоресценция менее эффективна и приводит к потере 25% энергии в виде света и потере 75% энергии в виде тепла. Это также тот тип яркости, который используется в больших экранах OLED-дисплеев сегодня. Фосфоресцентный OLED, с другой стороны, теоретически может быть эффективным на 100%, и эта более высокая энергоэффективность может использоваться для повышения яркости.
Фосфоресцентные красные и зеленые излучатели были разработаны более десяти лет назад, но синие флуоресцентные пиксели долгое время оставались узким местом в разработке OLED. Производителям приходится прибегать к таким методам, как использование большего синего субпикселя в однослойных OLED-дисплеях или использование нескольких стеков синих излучателей.
Новый Blue PHOLED-излучатель был разработан Universal Display Corporation (UDC) и скоро будет готов к массовому производству. Крупнейшие производители OLED-дисплеев Samsung и LG, как сообщается, изучают возможности, и мы можем увидеть первое поколение PHOLED-дисплеев уже в 2025 году.
