Технология OLED, предполагающая производство экранов на органических светодиодах, — далеко не новичок на рынке потребительской электроники. Мобильные телефоны, в которых в том или ином виде использовались OLED-дисплеи, выпускаются с 2001 года. Однако сегодня, когда OLED-телевизоры производства Samsung и LG всё чаще становятся ключевыми экспонатами различных выставок, интерес потребителей к этой технологии возрастает день ото дня, порождая всё новые и новые вопросы.
Так что же делает телевизор с экраном на органических светодиодах (OLED) лучше, чем телевизор с экраном на обычных светодиодах (LED) или с экраном на жидких кристаллах (LCD)? В чём преимущество технологии OLED? Есть ли у неё недостатки? Ответы на эти и другие вопросы мы постараемся изложить для вас понятным языком.
Аббревиатура LED означает «светодиод». Это маленькие твердотельные элементы, которые превращают движение электронов через полупроводник в световое излучение. В сравнении с лампами накаливания и флуоресцентными лампами светодиоды достаточно малы, однако излучаемый ими свет отличается большой яркостью. Впрочем, размер светодиода всё же недостаточно мал для того, чтобы использовать отдельный такой элемент для каждого пикселя телевизионной картинки – с этой точки зрения они, увы, великоваты. Поэтому светодиоды используются исключительно в виде подсветки в телевизорах с жидкокристаллическими экранами.
Аббревиатура OLED означает «органический светодиод». Говоря очень упрощённо, органические светодиоды производятся из специальных органических компонентов, которые подсвечиваются, когда через них проходит электричество. На первый взгляд может показаться, что разница между OLED и LED не так уж велика, однако органические светодиоды могут быть очень тонкими, маленькими и гибкими. На экране телевизора, который сделан на основе органических светодиодов, каждый отдельный пиксель высвечивается сам по себе, независимо от других.
В плане качества OLED-телевизоры превосходят LED/LCD-экраны практически по всем параметрам. Однако качество картинки – это не единственный показатель, общая картина гораздо более многогранна. Поэтому мы предлагаем вам по пунктам, шаг за шагом рассмотреть все параметры, которые следует учитывать при сравнении OLED- и LED-телевизоров.
Недавно представленные модели OLED-телевизоров способны передавать более широкую гамму цветов, чем LED/LCD-телевизоры. Говоря упрощённо, OLED-телевизоры способны воспроизводить более тонкие оттенки цветов из видимого спектра.
Несмотря на то, что технические параметры LED/LCD-телевизоров постоянно совершенствуются, технология OLED просто-таки выталкивает их на обочину в гонке показателей, характеризующих время отклика. Фактически, технология OLED предлагает самое быстрое время отклика по сравнению со всеми прочими телевизионными технологиями, используемыми на сегодняшний день. Таким образом, органический светодиод является неоспоримым победителем в этом забеге. Чем быстрее время отклика – тем меньше размывание движения, тем меньше на экране артефактов (вне зависимости от источника сигнала).
Способность дисплея идеально воспроизводить «глубокий» чёрный цвет является важнейшим фактором, обеспечивающим отличное качество изображения. Чем темнее на экране чёрный цвет – тем выше контрастность изображения и насыщеннее цветовая гамма (среди прочих параметров), что в свою очередь делает изображение более реалистичным и завораживающим. Если говорить о сравнении качества отображения чёрного цвета, то здесь OLED-технология является бесспорным чемпионом.
LED-дисплей – это дисплей, в котором используется светодиодная подсветка жидкокристаллической панели. Даже при использовании современных технологий затемнения, затемняющих светодиоды, которым не нужно светить на полную мощность, LED-телевизоры не справляются с задачей воспроизведения тёмно-чёрного цвета. К тому же они страдают от некоторого непроизвольного свечения по краям.
Телевизоры на органических светодиодах не подвержены воздействию ни одной из указанных выше проблем. Если на OLED-пиксель не поступает электричество, он не излучает абсолютно никакого свечения и соответственно остаётся чёрным, как антрацит.
(с небольшим отрывом)
Если говорить о яркости, то здесь LED-телевизоры имеют пусть и небольшое, но преимущество. Светодиоды являются идеальными источниками излучения чрезвычайно яркого света. Экран OLED-телевизора может также быть весьма ярким. Однако регулярные включения органического светодиода, формирующего пиксель, на максимальную яркость не только сокращают срок жизни данного пикселя, но и увеличивают период времени, который необходим для возвращения данного пикселя в режим чёрного цвета.
На данный момент это довольно сложный вопрос для обсуждения, поскольку OLED-телевизоры, продающиеся в супермаркетах электроники, являются телевизорами с изогнутыми экранами. Поэтому, несмотря на тот факт, что OLED-телевизоры по идее должны предложить нам идеальный угол обзора исходя из того факта, что органические светодиоды всё же излучают свет, а не пытаются его блокировать (как это происходит в LED/LCD моделях), изогнутость экрана имеет свои нюансы, обуславливающие ряд сложностей. Прежде всего, сторона, которая изогнута по направлению от внеосевого зрителя, будет менее видимой, чем сторона, изогнутая по направлению к этому зрителю. Во-вторых, изогнутость экрана приводит к тому, что его антибликовое покрытие может несколько изменять оттенки цветов картинки при её просмотре с острых углов. Но даже с учётом всего сказанного выше технология OLED всё же находится в более выигрышной позиции по данным показателям и является неоспоримым победителем.
(по состоянию на 2014 год)
Однажды (мы надеемся, что нам не придётся очень долго ждать этого дня) каждый из нас сможет свободно мечтать об обладании 80-дюймовым OLED-телевизором. Но сегодня, увы, наши мечты имеют ограничение в 55 дюймов. В то же время корпорация Sharp производит LED/LCD TV телевизоры с диагональю экрана 90 дюймов – этаких мамонтов телевизионного мира (если говорить о размерах), которые можно купить уже сегодня, хотя их цена столь же высока, как и цены на OLED-модели.
Откровенно говоря, тот факт, что размеры экранов OLED-телевизоров, несмотря на все трудности и проблемы, с которыми столкнулось производство на начальном этапе, выросли до 55 дюймов, уже является весьма показательным. Однако сегодня, когда 55-дюймовый OLED-дисплей стал реальностью, очень даже возможно, что продвижение к покорению новых высот в плане размеров экранов пойдёт более быстрыми темпами.
Панели на органических светодиодах необычайно тонкие и при этом не требуют никакой дополнительной подсветки. А стало быть, исходя из этого, OLED-телевизор, как правило, легче и значительно тоньше своего собрата — LED/LCD телевизора. Кроме того, OLED-телевизор потребляет меньше электроэнергии, что делает его использование более эффективным.
Данный раздел мы писали с огромной неохотой. Во-первых, потому что «выгорание» — это не совсем правильный термин (это лишь ухудшение качества), и во-вторых, потому что большинство пользователей не столкнётся с данной проблемой.
С эффектом, который получил название «выгорание экрана», мы впервые столкнулись в те времена, когда телевизоры были громоздкими ящиками, в основе которых лежала электронно-лучевая трубка. В те времена длительное отображение на экране такого телевизора статичной картинки приводило к «выгоранию» её контуров на экране. Однако на самом деле это происходило из-за того, что длительное, непрерывное свечение фосфорного покрытия задней стенки телевизионного экрана приводило к тому, что это самое покрытие быстро изнашивалось, что, собственно, и было причиной появления на экране как бы выгоревшей картинки. Мы думаем, что этот эффект следовало бы назвать как-то иначе. Но, как говорится, «маємо те, що маємо».
Плазменные и OLED панели подвержены той же проблеме, поскольку компоненты, излучающие свет, со временем изнашиваются. Если держать тот или иной пиксель включённым в течение длительных промежутков времени, его свечение начнёт тускнеть раньше отведённых ему сроков жизни и определённо раньше других пикселей, менее используемых. Что, в общем-то, создаст определённые проблемы для всего экрана. Впрочем, в реальности мало кто из зрителей может столкнуться с этой проблемой. Вы ведь не будете специально «насиловать» свой телевизор, чтобы эта проблема случилась? Даже «ярлычок» в виде графического логотипа, используемый большинством телеканалов, время от времени исчезает с экрана, давая создающим его пикселям необходимое время для отдыха, что поможет избежать выгорания. Для того чтобы эта проблема возникла, вам придётся смотреть канал «СТБ» круглые сутки, дни и ночи напролёт, на протяжении многих недель, на максимальном уровне яркости. Но даже и это не обязательно приведёт к тому, что логотип канала «выжжет» формирующие его пиксели.
Но раз уж такая проблема потенциально существует, её следует упомянуть. И поскольку LED/LCD телевизоры не подвержены выгоранию, именно они и выигрывают по данному показателю технически.
В настоящее время, если вы захотите приобрести себе OLED-телевизор, он обойдётся вам либо в 9 000 долларов (модель производства Samsung), либо в 15 000 долларов (модель от LG). Будет удивительно, если в течение ближайших месяцев LG не снизит цену на свой OLED-телевизор. Но в любом случае, даже 9 000 долларов это слишком большая цена за телевизор. И даже при том, что вы можете потратить значительную сумму денег на приобретение телевизора с большим экраном, подавляющее количество телевизоров с диагональю 55-65 дюймов обойдётся вам примерно вдвое дешевле (и это как минимум), чем OLED-телевизор. Таким образом, если вопрос доступности по деньгам является для вас ключевым фактором при выборе телевизора, то наиболее оптимальным вариантом для вас будет покупка LED/LCD-модели. И, скорее всего, такая ситуация с ценами сохранится как минимум в течение нескольких ближайших лет.
(по состоянию на 2014 год)
Если говорить о сроках жизни OLED-телевизоров, то в виду относительной молодости данной технологии давать какие-либо чёткие ответы достаточно сложно. Однако мы можем делать некоторые предположения, которые основаны на том факте, что компонент, используемый в органическом светодиоде для передачи голубого света, обладает относительно небольшим сроком жизни. И это даёт некоторый повод для беспокойства, поскольку при ухудшении качества передачи одного цвета пострадает вся гамма. Компания Samsung, похоже, пытается решить данную проблему, используя «голубой пиксель», вдвое превышающий размеры других цветовых пикселей, и снижая подаваемое на этот пиксель напряжение. Компания LG использует белые суб-пиксели и устанавливает цветовые фильтры над ними, чтобы получить желаемые красный, зелёный и голубой цвета. Возможно, эти ухищрения принесут свой результат, однако лишь время и широкое использование OLED-телевизоров смогут показать, насколько высокий запас прочности имеет экран на органических светодиодах и сколько лет он сможет проработать. Исходя из этого, мы решили присудить звание победителя в этом параметре LED/LCD-телевизорам, поскольку сроки их жизни более-менее известны и являются вполне приемлемыми.
По качеству изображения OLED-телевизор совершенно не оставляет никаких шансов на победу LED/LCD. На то же самое способна и плазма, если уже на то пошло. Однако если главным для вас является именно качество изображения, вам придётся пойти на множество компромиссов. Вам придётся смириться с ограничением размеров экрана в 55 дюймов, в то время как ваши соседи будут хвалиться новым 70-дюймовым телевизором. Вам придётся смириться с тем фактом, что купленный сегодня за сумасшедшие деньги OLED-телевизор через несколько лет будет стоить намного дешевле. Вам придётся смириться с тем фактом, что вы не сможете повесить свой телевизор на стену, в то время как те люди, которые дорастут до покупки своей первой OLED-модели через каких-то два года смогут стать обладателями гораздо более тонкого телевизора, который будет просто таки сливаться с интерьером их гостиной. И, наконец, вам придётся сдерживать свои эмоции, стараясь не думать о том, что ваш телевизор может не протянуть и десяти лет.
Таким образом, встаёт главный вопрос: если всё же деньги для вас не проблема, стоит ли покупать OLED-телевизор уже сегодня, или всё же лучше подождать несколько лет?
Технология не нова: экраны OLED состоят из излучающих свет органических диодов и уже несколько лет используются в смартфонах, планшетах и телевизорах. Исключением были ноутбуки, прежде всего из-за стоимости такого экрана.
Все меняется, и несколько производителей – Lenovo, Alienware и HP анонсировали OLED ноутбуки на 2016 год. Нашим первым кандидатом на тестирование стал ноутбук Lenovo ThinkPad X1 Yoga. Ноутбук поставляется с IPS экраном, который может быть заменен на OLED (того же разрешения QQHD 2560 x 1440 пикселей) за $330. Мы решили выяснить оправдана ли замена, и что предлагает новая конфигурация.
Прежде чем вдаваться в детали, давайте поговорим об OLED технологии в целом. В то время, как обычные LCD экраны фактически являются фильтрами, которые пропускают через себя свет подсветки и регулируют интенсивность и цвет, OLED пиксели сами являются источниками света. У такого подхода есть несколько преимуществ:
В этой статье мы постараемся выяснить, каким образом экраны OLED в ноутбуках подвержены данным недостаткам.
Как мы упомянули ранее, подсветка LCD экрана всегда горит с постоянной яркостью (технологии затемнения в телевизорах это исключение). Зона с белым цветом всегда абсолютно яркая и не важно, вся ли это картинка или только маленькая область экрана.
OLED дисплеи отличаются: для получения белого экрана все пиксели должны светиться максимально ярко белым светом, при этом очень сильно увеличивается энергопотребление. Чтобы увеличить срок службы экрана и снизить его энергопотребление, производители ограничивают яркость таких экранов.
ThinkPad X1 Yoga ведет себя в похожей манере: в то время, как IPS матрица (LG LP140QH1) обладает постоянной яркостью в 250 кд/м2, OLED версия экрана (Samsung ATNA40JU01) меняет яркость от 198 до 305 кд/м2. Пиковую яркость мы зафиксировали, измерив яркость одного белого пикселя, который находился на черном фоне. С большей белой областью экран показал другие результаты. Во время работы в Word или веб-серфинга яркость изменялась от 240 до 260 кд/м2. Стандартный тест в программе i1Profiler (40% белого) показал фиксированную яркость в 277 кд/м2.
Мы можем рассеять все опасения, экран меняет яркость настолько быстро и плавно, что это остается незаметным для человеческого глаза.
|
|||||||||||||||||||||||||
Maximum: 293 cd/m²
Average: 277.4 cd/m² Minimum: 7 cd/m²
Brightness
Distribution: 91 %
Center on Battery:
279 cd/m²
Contrast: ∞:1 (Black: 0 cd/m²)
ΔE Color 5.15 |
- Ø
ΔE Greyscale 5.44 | - Ø
100% sRGB (Argyll) 98% AdobeRGB 1998 (Argyll)
Gamma: 2.28
|
|||||||||||||||||||||||||
Maximum: 270 cd/m²
Average: 246.6 cd/m² Minimum: 2 cd/m²
Brightness
Distribution: 82 %
Center on Battery:
268 cd/m²
Contrast: 791:1 (Black: 0.34 cd/m²)
ΔE Color
4.73 | - Ø
ΔE Greyscale 5.3 | - Ø
90.38% sRGB (Argyll) 58.86% AdobeRGB
1998 (Argyll)
Gamma: 2.42
Для того, чтобы пиксели в экране OLED никогда не достигали своего теоретического максимума яркости, ими нужно управлять через PWM. Управление происходит при частоте 240 Гц. Субъективно, мы не заметили никаких мерцаний на экране. У некоторых чувствительных людей возникают головные боли при работе за ноутбуками со стандартными LCD дисплеями, которые тоже используют PWM.
Мерцание экрана / PWM (широтно-импульсная модуляция)
Чтобы затемнить экран, некоторые ноутбуки циклически включают и выключают подсветку – это и есть метод, который называется PWM (широтно-импульсная модуляция). Частота «мерцания» в идеальном случае должна быть незаметна для человеческого глаза. Как мы уже сказали ранее, если частота слишком низкая, то у некоторых пользователей может заболеть голова.
Экран мерцает с частотой 240 Гц. Мерцание было зафиксировано и при 100% яркости. Это неправильно, при максимальной яркости мерцание должно пропадать.
Частота в 240 Гц слишком низкая, чтобы чувствительный пользователь ее не заметил.
Для сравнения: 56% протестированных нами устройств вовсе не использовали PWM, а те, которые делали этого, использовали частоту в 500 Гц.
Время отклика OLED панели находится в пределах нескольких микросекунд, поэтому она намного быстрее LCD. По этой причине ThinkPad X1 Yoga мог бы быть отличным игровым ноутбуком, но для этого явно недостаточно встроенной графики HD Graphics 520. Среди всех производителей, только Dell Alienware 13 R2 заявил о выпуске игрового ноутбука с экраном OLED.
Поскольку отклик черного/белого/серого цветов OLED панели слишком короткий, наши инструменты не смогли его зафиксировать.
Время отклика дисплея
Время отклика экрана показывает насколько быстро экран способен сменять один цвет на другой. Плохое время отклика может привести к эффекту размытия движущихся объектов. Особое внимание данному параметру уделяют игроки в 3D шутеры.
Экран показывает феноменально быстрое время отклика в наших тестах. Для сравнения, все протестированные нами устройства показывали время отклика от 0.9 до 172 мс.
IPS панели последних поколений способны светиться на уровне одного к нескольким тысячам от максимальной яркости. Обладая яркостью в 300 кд/м2, панель покажет черный цвет с яркостью в 0.3 кд/м2. Производители OLED дисплеев заявляют контраст 20000:1, что означает яркость черного цвета в 0.00015 кд/м2 – слишком маленький показатель, чтобы его заметить и подтвердить глазами.
Попользовавшись OLED экраном какое-то время, можно с точностью сказать, что он показывает намного более насыщенные цвета, чем панель IPS. В темном помещении разница становится огромной и ее невозможно не заметить. IPS экраны показывают черный цвет как слабонасыщенный серый цвет, а OLED показывают настоящий черный цвет. При просмотре фильмов, особенно таких как Стар Трэк, Интерстэллар или Гравитация, появляется ощущение, что фильм смотрится намного лучше на 14-дюймовом экране ноутбука, чем на телевизоре, в несколько раз большем по диагонали.
При оценке углов обзора становится очевидным еще одно преимущество технологии OLED. В целом, IPS панели имеют хорошие углы обзора и стабильную цветопередачу при взгляде со стороны, но при этом непременно теряется яркость и контраст. Картинка на OLED экранах выглядит одинаково при любом угле обзора. При взгляде с 45 градусов OLED экран в два раза ярче, чем IPS экран.
Очень редко можно увидеть такие насыщенные цвета, палитра превосходит стандарт AdobeRGB.
Высокая цветовая насыщенность может быть важной при рассмотрении цветового пространства sRGB. Lenovo поставляет несколько цветовых профилей, которые могут быть выбраны на рабочем столе. В дополнение к режиму “Native”, имеются режимы “Standard” (цветовое пространство sRGB) и “PhotoPro” (эквивалент палитре AdobeRGB). Цветовая температура немного низкая, показатель среднего отклонения Delta-E равен 3.1 (ColorChecker sRGB) и 3.8 (ColorChecker AbobeRGB).
К сожалению, нам не удалось улучшить результат с помощью калибровки экрана. Все профили, которые мы создали в процессе настройки, оказались хуже предложенных Lenovo.
OLED display (profile "Standard", vs. sRGB)
|
|
|
|
OLED display (profile "Photo Pro", vs. AdobeRGB)
|
Чтобы определить энергопотребление и эффективность обоих экранов, мы брали разницу между общим потреблением ноутбука и его потреблением с выключенным экраном. Панель IPS показала практически линейную корреляцию между потребляемой мощностью и яркостью. При 2 кд/м2 мы определили потребление в 1.5 Вт, при 150 кд/м2 потребление составило 3.9 Вт и при 240 кд/м2 около 5.2 Вт. При тестировании OLED дисплея мы получили немного большее минимальное потребление в 1.9 Вт. При минимальном количестве белых точек и повышении яркости до 300 кд/м2 потребление практически не менялось. Полностью белый фон при 198 кд/м2 привел к потреблению в целых 8.7 Вт. Во время пользования интернетом или при работе с текстом около 50 -70% экрана остаются белыми. Это важно учитывать, потому что в таком режиме OLED экран будет потреблять намного больше, чем IPS и сильно сократит время автономной работы ноутбука. При просмотре фильмов OLED экран будет эффективнее или не хуже, чем IPS экран.
Выгорание и возрастСтатические элементы, например панель задач, очень часто встречаются в операционной системе Windows, поэтому выгорание может иметь место. Во время написания статьи мы не столкнулись с этой проблемой. Остается надеяться, что экран будет таким же ярким и качественным через несколько лет использования. Еще одна потенциальная проблема для экранов OLED это старение пикселей, которое происходит для каждого из базовых цветов (красный, синий и зеленый). Samsung и другие производители стараются предотвратить данную проблему изменением размеров субпикселей. Обычно синие субпиксели самый крупные, это можно увидеть на фотографии с микроскопа. Что нельзя обойти, так это постепенное снижение яркости экрана. OLED дисплей теряет порядка 30-50% яркости после 20000 часов работы. Для нашего ноутбука, который использовался по 8 часов в день, срок службы экрана составит 7 лет.
ВердиктЭкраны для ноутбуков, сделанные по технологии OLED, это сильный скачок в сторону качества изображения. OLED дисплей окажется лучше, насыщеннее и контрастнее любой TN или IPS матрицы. У него отличный черный цвет и богатая цветовая палитра. В данный момент этот экран показывает лучшее качество на рынке. Преимущества OLED дисплея на этом не заканчиваются: у матрицы очень быстрое время отклика и технология еще найдет себя в игровой индустрии и профессиональных мониторах для работы с графикой. Что касается стоимости данных экранов, то еще несколько лет она будет неоправданно высокой. Как только стоимость экрана достигнет $110, выпуск LCD экранов станет более невыгодным. |
Принцип действия
Для создания органических светодиодов (OLED) используются тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких полимеров. При подаче на анод положительного относительно катода напряжения, поток электронов протекает через прибор от катода к аноду. Таким образом катод отдает электроны в эмиссионный слой, а анод забирает электроны из проводящего слоя, или другими словами анод отдает дырки в проводящий слой. Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Это происходит ближе к эмиссионному слою, потому что в органических полупроводниках дырки обладают большей подвижностью, чем электроны. При рекомбинации происходит понижение энергии электрона которое сопровождается выделением (эмиссией) электромагнитного излучения в области видимого света. Поэтому слой и называется эмиссионным. Прибор не работает при подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения. В этом случае дырки движутся к аноду, а электроны в противоположном направлении к катоду, и рекомбинации не происходит.
В качестве материала анода обычно используется оксид индия легированный оловом. Он прозрачный для видимого света и имеет высокую работу выхода, которая способствует инжекции дырок в полимерный слой. Для изготовления катода часто используют металлы, такие как алюминий и кальций, так как они обладают низкой работой выхода, способствующей инжекции электронов в полимерный слой.
Классификация по способу управления
Существуют два вида OLED-дисплеев - PMOLED и AMOLED. Разница заключается в способе управления матрицей - это может быть либо пассивной матрицей (PM) или активной матрицей (AM).
В PMOLED -дисплеях используются контроллеры развертки изображения на строки и столбцы. Чтобы зажечь пиксель, необходимо включить соответствующую строку и столбец: на пересечении строки и столбца пиксель будет излучать свет. За один такт можно заставить светиться только один пиксель. Поэтому чтобы заставить светиться весь дисплей, необходимо очень быстро подать сигналы на все пиксели путем перебора всех строк и столбцов. Как это делается в старых ЭЛТ (электроно-лучевых трубках).
Дисплеи на базе PMOLED получаются дешевыми, но из-за необходимости строчной развертки изображения не возможно получить дисплеи больших размеров с приемлемым качеством изображения. Обычно размеры PMOLED-дисплеев не превышают 3" (7,5 см)
В AMOLED
-дисплеях каждый пиксель управляется напрямую, поэтому они могут быстро воспроизводить изображение. Размеры AMOLED-дисплеев могут иметь большие размеры и на сегодня уже созданы дисплеи с размером 40" (100 см). Производство AMOLED-дисплеев дорогое из-за сложной схемы управления пикселями, в отличие от PMOLED-дисплеев, где для управления достаточно простого контроллера.
Классификация по светоизлучающему материалу
В настоящее время в основном развиваются две технологии, показавшие наибольшую эффективность. Различаются они используемыми органическими материалами это микромолекулы (sm-OLED) и полимеры (PLED), последние делятся на просто полимеры, полимерорганические соединения (POLED), и фосфоресцирующие(PHOLED). О последних немного по подробнее. PHOLED используют принцип электрофосфоресценции, чтобы преобразовать до 100 % электрической энергии в свет. К примеру, традиционные флуоресцентные OLED преобразовывают в свет приблизительно 25-30 % электрической энергии. Из-за их чрезвычайно высокого уровня эффективности энергии, даже по сравнению с другим OLED, PHOLED изучаются для потенциального использования в больших дисплеях типа телевизионных мониторов или экранов для потребностей освещения. Интересно, что технология OLED способна значительно повысить качество LCD панелей, поскольку перспективной технологией подсветки для них является технология PHOLED (PHosphorescent Organic Light Emitting Diode). По данным компании Universal Display Corporation применение PHOLED диодов увеличивает яркость панелей в четыре раза.
Схемы цветных OLED дисплеев
Первыми появились OLED дисплеи на основе микромолекул, однако они оказались слишком дорогостоящими, поскольку изготавливались с помощью вакуумного напыления.
Первый шаг к созданию полимерных дисплеев был сделан в 1989 году, когда ученым Кембриджского университета удалось синтезировать особый полимер – полифениленвинилен. Дисплеи этого типа могут быть получены путем нанесения полимерных материалов на основу специальным струйным принтером. Иногда такие дисплеи называют LEP (Light-Emitting Polymer). Основа может быть гибкой с радиусом изгиба 1 см и менее.
Однако на сегодняшний день по сроку службы и эффективности приборы на основе микромолекул опережают приборы LEP. Сравнительные характеристики долговечности и эффективности излучения для двух технологий OLED дисплеев приведены ниже.
Существуют три схемы цветных OLED дисплеев:
* схема с раздельными цветными эмиттерами;
* схема WOLOD+CF (белые эмиттеры + цветные фильтры);
* схема с конверсией коротковолнового излучения.
Самый простой и привычный вариант – обычная трехцветная модель, которая в технологии OLED называется моделью с раздельными эмиттерами. Три органических материала излучают свет базовых цветов – R, G и B. Этот вариант самый эффективный с позиции использования энергии, однако, на практике оказалось довольно сложно подобрать материалы, которые будут излучать свет с нужной длиной волны, да еще с одинаковой яркостью.
Второй вариант реализуется гораздо проще. Он использует три одинаковых белых эмиттера, которые излучают через цветные фильтры, однако он значительно проигрывает по эффективности использования энергии первому варианту, поскольку значительная часть излученного света теряется в фильтрах.
В третьем варианте (CCM – Color Changing Media) применяются голубые эмиттеры и специально подобранные люминесцентные материалы для преобразования коротковолнового голубого излучения в более длинноволновые – красный и зеленый. Голубой эмиттер, естественно, излучает «напрямую». У каждого из вариантов есть свои достоинства и недостатки:
Другие виды OLED дисплеев
TOLED
- прозрачные светоизлучающие устройства TOLED (Transparent and Top-emitting OLED) - технология, позволяющая создавать прозрачные (Transparent) дисплеи, а также достигнуть более высокого уровня контрастности.
Прозрачные TOLED-дисплеи: направление излучения света может быть только вверх, только вниз или в оба направления (прозрачный). TOLED может существенно улучшить контраст, что улучшает читабельность дисплея при ярком солнечном свете.
Так как TOLED на 70 % прозрачны при выключении, то их можно крепить прямо на лобовое стекло автомобиля, на витрины магазинов или для установки в шлеме виртуальной реальности… Также прозрачность TOLED позволяет использовать их с металлом, фольгой, кремниевым кристаллом и другими непрозрачными подложками для дисплеев с отображением вперед (могут использоваться в будущих динамических кредитных картах). Прозрачность экрана достигается при использовании прозрачных органических элементов и материалов для изготовления электродов.
За счёт использования поглотителя с низким коэффициентом отражения для подложки TOLED-дисплея контрастное отношение может на порядок превзойти ЖКИ (мобильные телефоны и кабины военных самолетов-истребителей). По технологии TOLED также можно изготавливать многослойные устройства(например SOLED) и гибридные матрицы (Двунаправленные TOLED TOLED делает возможным удвоить отображаемую область при том же размере экрана - для устройств, у которых желаемый объём выводимой информации шире, чем существующий).
FOLED (Flexible OLED)
- главная особенность - гибкость OLED-дисплея (Демонстрация гибкого OLED-дисплея от SONY). Используется пластик или гибкая металлическая пластина в качестве подложки с одной стороны, и OLED-ячеек и герметичной тонкой защитной пленки - с другой. Преимущества FOLED: ультратонкость дисплея, сверхнизкий вес, прочность, долговечность и гибкость, которая позволяет применять OLED-панели в самых неожиданных местах. (Раздолье для фантазии - область возможного применения OLED весьма велика).
Staked OLED
- принципиально новое решение от UDC – Staked OLED, сложенные OLED-устройства. Основной особенностью новой технологии является размещение R-ячеек (G-, B-) в вертикальной (последовательно), а не в горизонтальной (параллельно) плоскости, как это происходит в ЖКИ-дисплее или электронно-лучевой трубке. В SOLED каждым элементом подпиксела можно управлять независимо. Цвет пиксела может быть отрегулирован при изменении тока, проходящего через три цветных элемента (в нецветных дисплеях используется модуляция ширины импульса). Яркостью управляют, меняя силу тока. Преимущества SOLED: высокая плотность заполнения дисплея органическими ячейками, посредством чего достигается хорошее разрешение, а значит, высококачественная картинка.(В SOLED-дисплеях в 3 раза улучшено качество изображения в сравнении с ЖКИ и ЭЛТ).
Преимущества в сравнении c LCD-дисплеями
* меньшие габариты и вес
* отсутствие необходимости в подсветке
* отсутствие такого параметра как угол обзора - изображение видно без потери качества с любого угла
* мгновенный отклик (на порядок ниже, чем у LCD) - по сути полное отсутствие инерционности
* более качественная цветопередача (высокий контраст)
* более низкое энергопотребление при той же яркости
* возможность создания гибких экранов
Яркость. OLED дисплеи обеспечивают яркость излучения от нескольких кд/м2 (для ночной работы) до очень высоких яркостей - свыше 100 000 кд/м2, причем их яркость может регулироваться в очень широком динамическом диапазоне. Так как срок службы дисплея обратно пропорционален его яркости, для приборов рекомендуется работа при более умеренных уровнях яркости до 1000 кд/м2. При освещении LCD-дисплея ярким лучом света появляются блики, а картинка на OLED-экране останется яркой и насыщенной при любом уровне освещенности (даже при прямом попадании солнечных лучей на дисплей).
Контрастность. Здесь OLED также лидер. OLED-дисплеи обладают контрастностью 1000000:1 (Контрастность LCD 1300:1[источник не указан 71 день], CRT 2000:1)
Углы обзора. Технология OLED позволяет смотреть на дисплей с любой стороны и под любым углом, причем без потери качества изображения.
Энергопотребление. Энергопотребление OLED дисплеев в полтора раза ниже, чем LCD. Энергопотребление PHOLED(англ.) ещё ниже.
Потребность в преимуществах, демонстрируемых органическими дисплеями с каждым годом растёт. Этот факт позволяет заключить, что в скором времени человечество увидит расцвет данной технологии.
Но технология не стоит на месте и впереди новое поколение OLED
Светодиоды на основе квантовых точек. Сразу отметим, что сильными сторонами QDLED-устройств (Quantum Dot LED - светодиод на квантовых точках) являются высокая яркость, невысокая стоимость производства, широкий диапазон цветов. Уже почти сразу после изобретения нового типа светодиодов им предрекают отличные перспективы стать основой для дисплеев мобильных аппаратов («наладонников», мобильных телефонов и пр.), и даже крупноформатных телевизионных панелей.
Под квантовой точкой ученые подразумевают особую полупроводниковую структуру, которая ограничивает движение электронов сразу в трех измерениях. Применительно к светодиодам на квантовых точках использовалась следующая вариация: селенид кадмия образует «ядро», а в качестве ограничивающей «оболочки» выступает сульфид цинка. Главными «действующими лицами» в данном случае являются электроны, которые при переходе с высокого энергетического состояния на более низкое испускают фотоны, за счет чего и образуется свечение точки. Довольно прост и механизм изменения цвета свечения светодиода - необходимо лишь изменить размеры квантовой точки, что приводит к изменению и длины волны света. Таким образом, рассчитав необходимые размеры полупроводниковой структуры возможно создать светодиоды красного, оранжевого, желтого, или зеленого цветов. Еще одним преимуществом устройств высочайшая яркость - до 9000 Кд/кв. м. К примеру, яркость современных дисплеев не превышает значения в 500 Кд/кв. м. То есть разработка позволяет повысить соответствующий параметр на порядок. Более того, технология позволяет легко повысить яркость светодиодов - всего лишь формированием нескольких квантовых точек.
В конце выкладываю видео для сравнения свойств TFT и OLED дисплеев.
За всю историю персональных компьютеров они существенно менялись: сначала это были большие «гробы» под столом, потом появились ноутбуки и планшеты, а сейчас мы в карманах носим смартфоны, производительность которых вызвала бы зависть у пользователей ПК лет десять-пятнадцать назад. Не стояли на месте и мониторы: сначала это были большие «пушки» - ЭЛТ-мониторы, где изображение получалось при попадании потока заряженных частиц на люминофор, которым было покрыто стекло. При этом кинетическая энергия частиц преобразовывалось в свечение, и мы видели картинку. Такие мониторы имели как плюсы, так и минусы. Основным плюсом была плавность при выводе динамических сцен, а также поддержка высоких (даже на сегодняшний день) разрешений - до 2048х1536: сейчас самым массовым разрешением остается 1920x1080, где число пикселей в полтора раза меньше. Однако минусы в данном случае перевесили плюсы: во-первых, картинка мерцала: для того, чтобы люминофор продолжал светиться, его нужно было постоянно бомбардировать частицами, с частотой 50-75 Гц - и именно с такой частотой такие мониторы и мерцали, что вызывало усталость глаз. Вторая проблема - качество картинки: контрастность была невысока, цвета тоже оставляли желать лучшего. Ну и третья проблема - габариты: монитор занимал на столе едва ли не больше места, чем системный блок. И если для ПК это не так критично, то для ноутбуков, которые в 90-ых стали становиться все более массовыми, нужна была тонкая замена: тогда в них использовали пассивные матрицы, которые в лучшем случае выдавали 4 цвета и проигрывали в качестве картинки даже ЭЛТ-мониторам. В общем, нужно было переходить на что-то другое, и новый тип дисплеев назвали LCD.
История и устройство LCD-дисплеев
LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллический дисплей, ЖК-дисплей) на самом деле не такое новое явление - жидкие кристаллы были открыты еще в 1888 году, и их особенностью стало то, что они обладали одновременно свойствами и жидкости (текучесть), и кристаллов (анизотропия, в данном случае это возможность менять ориентацию молекул под действием электрического поля). Первые монохромные ЖК-дисплеи стали появляться в 1970-ых годах, а первый цветной дисплей представила Sony в 1987 году - он имел диагональ всего 3 дюйма, но первый шаг уже был сделан. Сейчас LCD являются самыми массовыми дисплеями - OLED только-только начал захватывать рынок.
Посмотрим, как устроен такой дисплей. У LCD самым первым уровнем можно считать лампу подсветки, так как отраженного света не хватает для обеспечения нужной яркости изображения. После этого свет проходит через поляризационный фильтр, который оставляет только те волны, которые имеют определенную поляризацию (грубо говоря - колеблются в нужном положении). После этого поляризованный свет проходит через прозрачный слой с управляющими транзисторами и попадает на молекулы жидкого кристалла. Они же, в свою очередь, под воздействием электрического поля от управляющих транзисторов повернуты так, чтобы управлять интенсивностью поляризованного света, который после этого попадает на субпиксели определенного цвета (красного, синего или зеленого), и в зависимости от поляризации проходит или не проходит через каждый из них (или проходит частично, если слой ЖК уменьшил интенсивность):
С устройством LCD-дисплеев разобрались, теперь давайте перейдем к OLED и после чего сравним их.
История и устройство OLED-дисплеев
OLED (органический светодиод, organic light-emitting diode) намного моложе жидких кристаллов: впервые люминисценцию в органических материалах наблюдал Андре Бернаносе в Университете Нэнси в 1950-ых годах. Первый OLED-дислпей появился приблизительно в то же время, когда и цветной LCD - в 1987 году, однако активно использовать такие дисплеи стали лишь последние 5 лет назад - до этого их производство было очень дорогим, а сами матрицы были очень недолговечны.
Посмотрим, как такие дисплеи работают. Между катодом (1) и анодом (5) находится два полимерных слоя - эмиссионный (2) и проводящий (4). При подаче на электроды напряжения эмиссионный слой получает отрицательный заряд (электроны), а проводящий - положительный (дырки). Под действием электростатических сил дырки и электроны движутся навстречу друг другу и при встрече рекомбинируют - то есть исчезают с выделением энергии, которая в данном случае выглядит как излучение фотонов в области видимого света (3) - и мы видим картинку:
Что касается IPS, то тут он выступает хорошим середнячком: от детских болезней давно избавились, большинство характеристик достаточны для обычных пользователей, да и цена снизилась настолько, что позволить себе устройство с таким типом дисплея может практически любой. Так что пока IPS и OLED выступают на равных, но вот если первый развиваться дальше уже не будет, то у OLED есть светлое будущее.
Жидкокристаллический дисплей (ЖК -дисплей, ЖКД ; жидкокристаллический индикатор, ЖКИ ; англ. liquid crystal display, LCD ) - дисплей на основе жидких кристаллов, а также устройство (монитор, телевизор) на основе такого дисплея.
Экраны LCD-мониторов (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) изготовлены из вещества (цианофенил), которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.
Основной их особенностью является возможность изменять ориентацию в пространстве под воздействием электрического поля. А если сзади матрицы поставить источник света, то, проходя через кристалл, поток будет окрашиваться в определенный цвет. Изменяя напряжённость электрического поля, можно изменять положение кристаллов, а значит и видимое количество одного из основных цветов. Кристаллы работают, как клапан или фильтр. Управление всей матрицей даёт возможность вывода на экран определённого изображения.
Жидкокристаллические материалы были открыты еще в 1888 году австрийским ученым Ф. Ренитцером, но только в 1930-м исследователи из британской корпорации Marconi получили патент на их промышленное применение.
В конце 1966 г. корпорация RCA продемонстрировала прототип LCD-монитора – цифровые часы. Значительную роль в развитии LCD-технологии сыграла корпорация Sharp. Она и до сих пор находится в числе технологических лидеров. Первый в мире калькулятор CS10A был произведен в 1964 г. именно этой корпорацией. В октябре 1975 г. уже по технологии TN LCD были изготовлены первые компактные цифровые часы. Во второй половине 70-х начался переход от восьмисегментных жидкокристаллических индикаторов к производству матриц с адресацией каждой точки. Так, в 1976 г. Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе LCD-матрицы разрешением 160х120 пикселов.
Одним из самых качественных типов LCD-матриц является IPS. Именно IPS технология доминирует в мобильных устройствах, так как она обладает хорошей цветопередачей и, что особенно важно для смартфонов - хорошими углами обзора.
Ресурс работы ЖК телевизора (дисплея) около 60000 часов.
Светодиодный экран (LED screen, LED display) - устройство отображения и передачи визуальной информации (дисплей, монитор, телевизор), в котором каждой точкой - пикселем - является один или несколько полупроводниковых светодиодов (LED).
LED - именно так сейчас принято сокращенно называть жидкокристаллическую (ЖК) панель со светодиодной (LED) подсветкой. Не так давно для подсветки ЖК-матрицы использовались люминисцентные лампы (CCFL), но сегодня их окончательно и бесповоротно вытеснили светодиоды. Матрица работает на просвет. По сути, каждый RGB-пиксель представляет собой «заслонку» (а фактически фильтр) для света, излучаемого светодиодами. Кстати, очень интересный вариант, когда в телевизоре используется «локальная» подсветка, то есть множество светодиодов установлены позади матрицы и могут освещать только определенную зону. Тогда достигается высокий показатель контрастности в одном кадре, однако первые такие модели буквально «шли пятнами». Впрочем, сегодня большинство LED-телевизоров имеют торцевую подсветку, когда диоды расположены по бокам (в торце). Такая конструкция и позволяет сделать предельно плоские, энергоэффективные и легкие видеопанели.
Чаще всего срок службы LED телевизоров принадлежит диапазону от 50 до 100 тысяч часов.
Органический светодиод (англ. organic light-emitting diode, сокр. OLED ) - полупроводниковый прибор, изготовленный из органических соединений, эффективно излучающих свет при прохождении через них электрического тока.
Основная технология создания дисплеев основана на том, что органическая пленка на углеродной основе помещается между двумя проводниками, пропускающими электрический ток, из-за которого пленка излучает свет.
Главное отличие этой технологии от LED в том, что свет испускается каждым пикселем в отдельности, так что яркий белый или красочный цветной пиксель может находиться рядом с пикселем черного или совершенно другого цвета, и они не будут влиять друг на друга.
Это отличает их от традиционных ЖК-панелей, которые оснащаются специальной подсветкой, свет от которой проходит через слой пикселей.
К сожалению, между собой OLED пиксели отличаются не только цветом, но и рядом других характеристик - уровнем яркости, сроком службы, скоростью включения/выключения и прочими. Чтобы обеспечить относительно равномерные характеристики экрана в целом, производителям приходится идти на самые разные ухищрения: варьировать форму и размер светодиодов, размещать их в особом порядке, использовать программные трюки, регулировать яркость свечения с помощью ШИМ (то есть, грубо говоря, пульсацией), и так далее.
Причем технологии реализации самих матриц немного различаются. Так, в LG используется «сэндвич», а у Samsung - классическая RGB-схема. OLED можно гнуть вроде как без особых последствий. Поэтому вогнутые телевизоры также были построены на базе этой технологии.
