Перспективные виды мониторов

Как у ЭЛТ, так и у ЖК мониторов имеются свои недостатки и производители всё время разрабатывают какие-то новые технологии для улучшения качества дисплеев, уменьшения их габаритов, снижения потребления электроэнергиии т. д., причём в последнее время этот процесс идёт довольно быстро. Стоит Вам набрать в какой-либо поисковой системе в Интернете "перспективные виды мониторов" или что-то в этом роде, то Вы удивитесь многообразию различных технологий изготовления дисплеев - тут будут LEP, OLED, FED, ЭЛ-мониторы, электронная бумага и многое другое. Давайте попробуем разобраться в этом многообразии.

Плазменные дисплеи

Возможно, PDP (plasma display panel) надо было описывать не как перспективную технологию, а просто как отдельный вид дисплеев, но всё-таки эти устройства на компьютерном рынке пока не прижились, в основном это телевизоры с диагональю более 40", которые сегодня стоят ещё очень дорого. Но не смотря на это плазменные дисплеи уже довольно давно вышли из стадии разработки, это уже законченный коммерческий продукт.

PDP и CRTРазмер всегда был главным препятствием при создании широкоэкранных мониторов. Мониторы размером больше 24", созданные с использованием ЭЛТ технологии, были слишком тяжелыми и громоздкими. ЖК-мониторы - плоские и легкие, но экраны, размер которых больше 20", обладали слишком высокой себестоимостью. Плазменная технология нового поколения идеально подходит для создания больших экранов. Она позволяет выпускать плоские и легкие мониторы глубиной всего 9 см. Поэтому, несмотря на большой экран, они могут быть установлены в любом месте - на стене, под потолком, на столе.

Благодаря широкому углу обзора изображение видно с любой точки. И что самое главное, плазменные мониторы способны передать цвет и резкость, которые раньше были недостижимы при таком размере экрана.

Идея использования газового разряда в средствах отображения не нова. Подобные устройства выпускались много лет назад в СССР в г. Рязани в НПО "Плазма". Однако размер элемента изображения был достаточно велик, так что для получения приличного изображения было нужно создавать огромные табло. Изображение было некачественным, передавалось мало цветов, устройства были крайне ненадежными.

За рубежом исследования и разработки в области этой технологии начались в начале 60-х годов. Еще лет пятьдесят назад было открыто одно интересное явление. Как оказалось, если катод заострить на манер швейной иглы, то электромагнитное поле в состоянии самостоятельно "выдергивать" из него свободные электроны. Необходимо только подать напряжение. По такому принципу работают лампы дневного света. Вылетающие электроны ионизируют инертный газ, чем заставляют его светиться. Трудность заключалась лишь в отработке технологии получения таких игольчатых матриц. Ее решили в университете штата Иллинойс в 1966г., и в начале семидесятых годов компания Owens-Illinois довела проект до коммерческого состояния. В восьмидесятых годах эту идею пытались воплотить в реальный коммерческий продукт компании Burroughs и IBM, но тогда еще безуспешно.

Надо сказать, что идея плазменной панели появилась вовсе не из чисто научного интереса. Ни одна из существовавших технологий не могла справиться с двумя простыми задачами: добиться высококачественной цветопередачи без неизбежной потери яркости и создать телевизор с широким экраном, чтобы он при этом не занимал всю площадь комнаты. А плазменные панели (PDP), тогда только теоретически, подобную задачу как раз решить могли. Первое время опытные плазменные экраны были монохромными (оранжевыми) и могли удовлетворить спрос только специфических потребителей, которым требовалась, прежде всего, большая площадь изображения. Поэтому первую партию PDP (около тысячи штук) купила Нью-йоркская Фондовая Биржа.

Направление плазменных мониторов возродилось после того, как стало окончательно ясно, что ни ЖК-мониторы, ни ЭЛТ не в состоянии недорого обеспечить получение экранов с большими диагоналями (более двадцати одного дюйма). Поэтому лидирующие производители бытовых телевизоров и компьютерных мониторов, такие, как Hitachi, NEC и другие, вновь вернулись к PDP. Также, в область плазменной технологии обратили свои взоры и корейские компании "второй мировой линии", такие, как, например, Fujitsu, производящие более дешевую электронику, что тут же внесло остроту конкуренции. Сейчас Fujitsu, Hitachi, Matsushita, Mitsubishi, NEC, Pioneer и другие производят плазменные мониторы с диагональю 40" и более.

Устройство PDPПринцип работы плазменной панели состоит в управляемом холодном разряде разреженного газа (ксенона или неона), находящегося в ионизированном состоянии (холодная плазма). Рабочим элементом (пикселем), формирующим отдельную точку изображения, является группа из трех субпикселей, ответственных за три основных цвета соответственно. Каждый субпиксель представляет собой отдельную микрокамеру, на стенках которой находится флюоресцирующее вещество одного из основных цветов. Пиксели находятся в точках пересечения прозрачных управляющих хром-медь-хромовых электродов, образующих прямоугольную сетку.

Формирование изображения в PDPЧтобы пиксель стал излучать свет, происходит приблизительно следующее. На два ортогональных друг другу питающий и управляющий электроды, в точке пересечения которых находится нужный пиксель, подается высокое управляющее переменное напряжение прямоугольной формы. Газ в ячейке отдает большую часть своих валентных электронов, и переходит в состояние плазмы. Ионы и электроны попеременно собираются у электродов по разные стороны камеры, в зависимости от фазы управляющего напряжения. Для "поджига" на сканирующий электрод подается импульс, одноименные потенциалы складываются, вектор электростатического поля удваивает свою величину. Происходит разряд - часть заряженных ионов отдает энергию в виде излучения квантов света в ультрафиолетовом диапазоне (в зависимости от газа). В свою очередь флюоресцирующее покрытие, находясь в зоне разряда, начинает излучать свет в видимом диапазоне, который и воспринимает наблюдатель. 97% ультрафиолетовой составляющей излучения, вредного для глаз, поглощается наружным стеклом. Яркость свечения люминофора определяется величиной управляющего напряжения.

Высокая яркость (до 500 кд/м2) и контрастность (до 400:1) наряду с отсутствием дрожания являются большими преимуществами плазменных мониторов. Высокая четкость изображения сохраняется на всей рабочей поверхности экрана. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым увидеть нормальное изображение, на плазменных мониторах существенно больше, чем у LCD-мониторов. К тому же плазменные панели не создают магнитных полей (что служит гарантией их безвредности для здоровья), не страдают от вибрации, как ЭЛТ-мониторы, а их небольшое время регенерации позволяет использовать их для отображения видео- и телесигнала. Отсутствие искажений и проблем сведения электронных лучей и их фокусировки присуще всем плоскопанельным дисплеям. Необходимо отметить и стойкость PDP-мониторов к электромагнитным полям, что позволяет использовать их в промышленных условиях - даже мощный магнит, помещенный рядом с таким дисплеем, никак не повлияет на качество изображения. В домашних же условиях на монитор можно поставить любые колонки, не опасаясь возникновения цветных пятен на экране.

Главными недостатками такого типа мониторов являются довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Кроме этого, свойства люминофорных элементов быстро ухудшаются, и экран становится менее ярким, поэтому срок службы плазменных мониторов ограничен 10000 часами (это около 5 лет при офисном использовании).

Компании Sony, Sharp и Philips совместно разрабатывают технологию PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal), которая должна соединить в себе преимущества плазменных и LCD экранов с активной матрицей. Дисплеи, созданные на основе данной технологии, сочетают в себе преимущества жидких кристаллов (яркость и сочность цветов, контрастность) с большим углом видимости и высокой скоростью обновления плазменных панелей. В качестве регулятора яркости в этих дисплеях используются газоразрядные плазменные ячейки, а для цветовой фильтрации применяется ЖК-матрица. Технология PALC позволяет адресовать каждый пиксель дисплея по отдельности, а это означает непревзойденную управляемость и качество изображения. Первые образцы на основе технологии PALC появились в 1998 году.

Наверх



FED (Field Emission Display)

Дисплеи с электростатической (автоэлектронной) эмиссией совмещают в себе особенности как ЭЛТ, так и ЖК мониторов. Эти устройства начали осваиваться в США и Европе в ответ на прорыв Японии в области ЖК-мониторов.

Мониторы FED основаны на процессе, который немного похож на тот, что применяется в ЭЛТ-мониторах, так как в обоих методах применяется люминофор, светящийся под воздействием электронного луча. Также их называют плоскими ЭЛТ. Главное отличие между ЭЛТ и FED мониторами состоит в том, что ЭЛТ-мониторы имеют три пушки, которые испускают три электронных луча, последовательно сканирующих экран, покрытый люминофорным слоем, а в FED-мониторе каждый пиксель изображения формируется излучением электронов с нескольких тысяч субмикрометровых остроконечных элементов поверхности. Благодаря этому не требуется высоковольтная эмиссия, и рабочее напряжение устройства может быть существенно снижено. Оно во многом зависит от материала эмитирующей поверхности. Например, если электроны генерируются молибденом, то на управляющие электроды достаточно подать 12В. но, несмотря на привлекательность низковольтной конструкции, оказалось, что для эффективного облучения люминофора все же требуется разогнать электроны в высоковольтном поле. Другая проблема FED-дисплеев - поддержание вакуума в экранах большого размера. Конструкция должна быть достаточно прочной, чтобы противостоять сжимающему атмосферному давлению.

Конусы Спиндта размещались с помощью фотолитографии в заранее созданных ячейкахВ разработке LETI (Laboratorie d'Electronique de Technologie et d'Instrumentation), представившей первый FED, использовались так называемые холодные катоды Спиндта, названные в честь Чарлза Спиндта (Charles Spindt), директора программ вакуумной микроэлектроники Stanford Research Institute. В начале 60-х годов прошлого века этот ученый описал процесс испускания электронов молибденом в вакуумной среде. Технология производства дисплеев, разработанная LETI, позволяет размещать в заранее созданных на подложке углублениях микрочастицы молибдена в виде конусов высотой несколько микрометров. Интенсивность потоков электронов регулировалась разностью потенциалов, подаваемых на сам катод и на прозрачный анод.

FED на основе катодов СпиндтаИспользование массивов катодов предопределило основные преимущества FED. С одной стороны, они были гораздо тоньше, чем ЭЛТ, где требовалось соблюдать достаточно большую дистанцию до люминофора для регулировки траектории электронов. FED позволили уменьшить это расстояние до 1 мм, а сам дисплей по толщине стал сравнимым с LCD- и PDP-панелями и таким же плоским. Еще одно ограничение ЭЛТ - технологический предел размера диагонали - тоже было снято. Площадь экрана FED ограничивалась лишь экономическими соображениями. С другой стороны, FED имеет положительные качества ЭЛТ, отсутствие которых обычно "ставят в вину" LCD-мониторам. Прежде всего - это более естественная цветопередача, угол обзора 180° и сверхмалое время отклика в 2-3 мс. Плюс ко всему FED по своей природе являются светоизлучающими и, в отличие от отражающих (пропускающих) свет LCD, обладают большей яркостью и меньшим энергопотреблением (их эффективность составляет примерно 15-20 лм/Вт вместо 4-6 лм/Вт у ЖК-экранов). Иными словами, новым дисплеям были свойственны габариты LCD и качество изображения ЭЛТ - то, чего ждут многие пользователи.

12,1 дюймовый дисплей PixTechПосле того как LETI продемонстрировала прототип FED-дисплея, она продала патенты ряду производителей электроники. В 1991 г. несколько из них учредили компанию PixTech с офисами во Франции и США, на которую была возложена задача коммерциализации FED. В этом же году в США начала работу еще одна компания - Candescent Technologies, назвавшая свою разработку ThinCRT. В списке стратегических партнеров фирмы фигурировали HP, Compaq и Sony.

Процесс производства ThinCRT несколько отличался от того, что предлагала PixTech. Изготовление катодов Спиндта предполагало применение довольно дорогостоящей фотолитографии. Кроме того, в дисплеях использовались достаточно сложные микросхемы, требующие высокого управляющего напряжения. Исследования Candescent показали, что от этих недостатков можно избавиться, если уменьшить все элементы системы примерно в десять раз. Компания запатентовала технологию создания матриц на стеклянной подложке, в которых напротив каждого субпиксела размещались до 4500 плоских катодов. Такая избыточность допускала большое число неактивных эмитентов и удешевляла производство дисплеев.

В середине 90-х и PixTech, и Candescent принялись экспериментировать с составляющими люминофора, повышая уровень светоэмиссии. Однако ни одна компания не достигла такой важнейшей коммерческой характеристики дисплея, как длительный срок работы FED. При их производстве не удалось исключить проникновение мелких частиц пыли и газов во внутреннее пространство, которое должно оставаться вакуумным. Электроны на своем пути от катодов к люминофору сталкивались с этими частицами, что быстро портило цветопередачу, снижало яркость и контрастность. Из-за большого количества брака себестоимость одного FED-дисплея была настолько высока, что делала их коммерчески бесперспективными, особенно на фоне совершенно неожиданных для индустрии темпов удешевления ЖК-панелей в 1997-1998 гг.

Несмотря на столь печальный опыт пионеров, новые дисплеи попали в сферу интересов нескольких азиатских организаций. В 1995 г. Корейский институт науки и технологий (KIST), Институт электроники и телекоммуникаций Кореи (ETRI) и Тайваньский национальный институт технологий анонсировали собственные программы развития FED, нашедшие поддержку на государственном уровне.

Единственной японской компанией, начавшей осваивать FED, стала Futaba, в то время не выделявшая инвестиций на LCD. Вскоре технологией заинтересовались и другие крупные поставщики дисплеев из Страны восходящего солнца. Многие из них испытывали проблемы от низкой прибыльности производства LCD-панелей, поскольку вынуждены были равняться на довольно низкие цены корейских и тайваньских поставщиков. Принималось в расчет и то, что Япония в середине 90-х годов являлась крупнейшим производителем плазменных панелей, а процессы создания управляющих микросхем PDP с небольшими изменениями можно было применять для выпуска электроники FED, что существенно снижало первичные вложения в новое направление.

Субпиксел CNT FEDЧто же касается выпуска самих FED-матриц, то с 1997 г. в качестве катодов в них начали использовать пучки углеродных нанотрубок, выращиваемых на подложке. Сперва на нее наносится графитовый порошок, зерна которого имеют размеры 3-5 нм, а затем панель обрабатывается при определенных температуре и давлении. В течение нескольких минут зерна образовывают волокна до 10-30 нм в сечении и до 100 нм в высоту, способные испускать электроны в вакуум под воздействием разности напряжений на катоде и аноде.

FED с нанотрубками оказались вполне стабильными (срок их службы достигает 20 тыс. часов) и настолько выгодными в производстве, что стоимость дисплеев с 30-дюймовым экраном обещала стать на 30% ниже самого дешевого ЖК-монитора такой же диагонали. Собственные программы по разработке панелей на углеродных нанотрубках (так называемые CNT FED -- Carbon NanoTubes Field Emission Display) ведут сейчас многие компании. Среди них -- лаборатория Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), Fujitsu, Hitachi, LG, Philips, Mitsubishi, Pioneer, Canon и Toshiba. Возродила свою программу и Motorola, переведя ее на новые рельсы (раньше Motorola разрабатывала обычные FED). В 2003 г. она показала созданный ею первый CNT FED-дисплей с диагональю 6", сообщив о планах создания 15" панели.

Несмотря на все преимущества нанотрубок, выстроить их строго перпендикулярно по отношению к плоскости подложки, обеспечить равномерную эмиссию электронов и, следовательно, яркость пока не представляется возможным. Принимая в расчет эти нюансы, некоторые компании избрали свой способ создания FED. Например, Matsushita применяет электрохимическую технологию, включающую процесс фотолитографии, а Sony модернизировала разработку Candescent. В 2001 г. компания представила 13,2 дюймовый FED-дисплей, заявив о планах выпустить 15- и даже 40-дюймовые панели.

От "традиционных" путей создания FED-дисплеев в наибольшей степени отличается разработка PFE - фирмы, основанной в 1995 г. и расположенной в Оксфордшире (Великобритания). Компания внедряет процесс печати катодов с помощью чернил на основе боросиликатов, которые наносятся на подложку специальным принтером и после термообработки образуют испускающий электроны слой толщиной около 100 нм.

pFED дисплей образца 1999 г.PFE назвала дисплеи Printable Field Emitting Displays (pFED) и начиная с 2002 г., когда был выпущен первый образец с разрешением QVGA, занялась масштабной пропагандой своего детища, проводя презентации на каждом более или менее значимом мероприятии индустрии средств отображения. В 2003 г. на SID (Society for Information Display) специалисты PFE утверждали, что производство 40-дюймовых pFED примерно на треть дешевле PDP и почти наполовину - LCD с такой же диагональю. Пока, правда, компания показала лишь монохромное устройство, однако к 2010 г. она планирует представить полноцветный 42-дюймовый pFED, себестоимость которого составит $460 при объеме выпуска всего 40 тыс. экземпляров.

Наверх



SED (Surfaceconduction Electronemitter Display)

Технологию SED (дисплей с поверхностно-проводящим излучателем электронов) трудно назвать новинкой: Canon начала работать над ней еще в 1986 г. Однако то ли из-за отсутствия необходимого технического потенциала, то ли в связи с перераспределением финансирования в пользу приоритетной продукции, а вероятнее всего - из-за первого и второго, работы над SED не форсировались. В 1999 г. к проекту присоединилась Toshiba.

Структура SEDРазработка Canon идентична одному из первых вариантов FED, в котором применялись катоды Спиндта, - его в свое время предложила французская LETI. Разница лишь в том, что в SED в качестве катода используются не молибденовые конусы, а пленка оксида палладия (более дешевый и стабильный материал), а анодом служит подложка на основе алюминия со слоем люминофора.

Несмотря на то, что меморандум о сотрудничестве между Toshiba и Canon был подписан в 1999 г., еще целых пять лет проект был далек от промышленной реализации. Лишь в марте 2004 г. партнеры смогли представить пилотный коммерческий вариант SED-дисплея (прототип, показанный Canon в 1998 г., не в счет: он имел слишком много недоработок). Основным преимуществом устройства с цветным 36 дюймовым экраном являлась не столько его толщина - 7 мм (для сравнения: толщина современного плазменного дисплея составляет не менее 6 см), сколько сниженное энергопитание: SED потреблял всего 160 Вт, тогда как ЖК-дисплей такой же диагонали - 200 Вт, а PDP - 350 Вт. Представляя устройство общественности, президент и CEO Canon Фуджио Митараи (Fujio Mitarai) и его коллега из Toshiba Тадаши Окамура (Tadashi Okamura) не скрывали, что в ближайшее время планируют создать дочернее предприятие, которое займется производством и продвижением SED-продукции.

Действительно, 14 сентября 2004 г. партнеры объявили об основании компании SED Inc., 50,002% акций которой принадлежит Canon, а 49,998% - Toshiba. Стартовая капитализация SED Inc. составила 9 млн долларов.

На торжественной церемонии, посвященной открытию SED Inc., представители родительских компаний объявили о том, что не планируют строить новые фабрики. По их словам, объемы выпуска будут расти за счет постепенной переориентации заводов Toshiba с ЭЛТ на новую продукцию, ведь процесс создания SED технологически весьма схож с производством трубок.

SED дисплейИ вот, на выставке Display 2005, прошедшей в Токио, предприятие SED Inc. представило публике панель с контрастностью примерно 100000:1. Показательно, что значение контрастности первой панели SED Inc, показанной на CEATEC JAPAN 2004, было 8600:1.

Ключевой фактор, обусловивший резкий рост степени контрастности, — значительное снижение уровня свечения "черного". В количественном выражении, уровень свечения "черного" снижен до 0,003 кд/кв.м, в то время, как у предыдущего прототипа эта величина составляла 0,04 кд/кв.м. По словам представителя компании Toshiba, такое заметное снижение достигнуто за счет доработки источника электронной эмиссии. Специалисты высказывают заинтересованность в панелях, построенных по технологии SED, характеризуя их, как "способные показать совершенно другой "черный" по сравнению с обычными дисплеями". Реальные показатели прототипа панели, похоже, превзошли ожидания. Кроме того, инженеры Canon и Toshiba преуспели в увеличении пиковой яркости до 400 кд/кв.м, невысокое значение которой ранее указывали в качестве недостатка технологии.

Наверх



LEP (Light Emission Plastics)

Устройство LEPНачало LEP-технологии было положено в 1989 году, когда профессор Ричард Френд вместе с группой химиков научной лаборатории Кембриджского университета открыл светоизлучающие полимеры (Light Emitting Plastics). Вскоре выяснилось, что открытые вещества обладают рядом свойств, которые позволяют разработать на их основе семейство дисплеев нового поколения. Для изучения LEP и создания новых дисплеев была образована компания CDT (Cambridge Display Technologies). Вскоре CDT нашла инвесторов, и в 1992 году началась разработка первого монитора, сделанного на основе LEP-технологии.

Строение PPV и CN-PPVСветоизлучающие полимеры - это одна из разновидностей так называемых сопряженных полимеров, электропроводность разных представителей которых лежит в весьма широком диапазоне, и они, будучи расположенными между электродами, излучают свет. Эти полимеры (полифениленвинилен (PPV) и циано-PPV (CN-PPV)) являются полупроводниками и, кроме того, еще и самоизолируемыми.

Достаточно логично, что первым коммерческим применением проводящего пластика стали проводники. На данный момент такие пластики по проводимости приближаются к меди и имеют срок службы порядка 10 лет. Они применяются (в частности, компанией Matsushita) для изготовления электродов в батареях, проводящего покрытия электростатических динамиков, антистатических покрытий, и, что особенно важно, для нанесения проводящих дорожек на печатных платах. Глобальной целью в этом направлении компания CDT считает ни много, ни мало - вытеснение меди в качестве материала для изготовления проводящих дорожек печатных плат. Правда, для этого необходимо еще увеличить срок службы и повысить проводимость пластика.

Кусок светоизлучающего пластикаОднако наиболее интересным применением пластиковых полупроводников на данный момент является создание разного рода устройств отображения информации на их базе. О том, что полупроводящий пластик под действием электрического тока может испускать фотоны (то есть, светиться), знали давно. Но крайне низкая (0.01%) квантовая эффективность этого процесса Изображение видно под любым углом(отношение числа испущенных фотонов к числу пропущенных через пластик зарядов) делала практическое применение этого эффекта невозможным. За последние 5 лет компания CDT совершила прорыв в этом направлении, доведя квантовую эффективность двуслойного пластика до 5% при излучении желтого света, что сравнимо с эффективностью современных неорганических светодиодов (LED). Помимо повышения эффективности удалось расширить и спектр излучения. Теперь пластик может испускать свет в диапазоне от синего до ближнего инфракрасного с эффективностью порядка 1%.

По заявлению технического директора CDT Ltd. Пола Мея (Paul May), компании удалось достичь срока службы более 7000 часов при 20оС и около 1100 часов при 80оС без ухудшения характеристик для устройств, произведенных и эксплуатирующихся в нормальных атмосферных условиях, и срока хранения устройств при воздействии яркого света и повышенной температуры без потери работоспособности (shell-life) более 18 месяцев. С использованием "инкапсуляции", то есть помещения устройств в специальный защитный корпус, "срок хранения" возрастает до 5 лет, что на данный момент является фактическим стандартом. При этом компания продолжает работы в этом направлении, стремясь довести срок жизни LEP-устройств хотя бы до 20000 часов, что, по мнению инженеров компании, достаточно для большинства применений. О том, что промышленный мир серьезно относится к LEP-технологии, свидетельствует покупка компанией Philips Components B.V. лицензии на использование этой технологии и инвестиции Intel в компанию CDT.

Первый LEP-мониторТесное сотрудничество компании CDT с японской корпорацией Seiko-Epson привело в конечном итоге к созданию первого в мире пластикового монитора (официально об этом было объявлено 16 февраля 1998 года). Представленный дисплей был монохромным (черно-желтым), имел разрешение 800х236 точек и площадь около 50 мм2 при толщине всего в 2 мм. Каждым пикселем этого дисплея управлял отдельный тонкопленочный транзистор (TFT), а светоизлучающий полимер наносился на коммутирующую матрицу в жидком виде по технологии, аналогичной стандартной струйной печати.

Существует ряд причин, как чисто техничесих, так и коммерческих, которые делают LEP одним из главных кандидатов на роль основополагающей технологии мониторов следующего поколения. В первую очередь, это относительная простота применения тонкопленочных технологий на основе стандартных литографических процессов при низких затратах и высокой надежности производства. Немаловажной деталью является тот факт, что LEP-мониторы работают при напряжении питания всего около 5 В и имеют очень малый вес. Это позволяет использовать их в малогабаритных преносных устройствах (мобильные телефоны, дисплеи ноутбуков, калькуляторы, видеокамеры, цифровые фотоаппараты), которые питаются от аккумуляторов и батарей. Кроме того, устройство монитора достаточно простое - слои полимера наносят прямо на TFT-матрицу и на прозрачную подложку. Незначительное влияние соседних электронов, обусловленное хорошими изоляционными свойствами полимера, позволяет формировать изображение из самых малых элементов. Таким образом, можно получить практически любое разрешение и придать отдельному пикселю, а также экрану в целом произвольную форму. И, наконец, еще одно немаловажное преимущество LEP-мониторов - они очень тонкие. Это позволяет наносить различные поляризационные покрытия, обеспечивающие высокую контрастность изображения. Кроме того, в отличие от ЖК-дисплеев угол обзора новых устройств может достигать 180° за счет того, что пластик излучает сам и не требует подсветки.

К 2000 г. компанией CDT уже был разработан полноцветный полимерный дисплей. Несмотря на то, что компании еще есть над чем поработать, можно утверждать, что по прошествии некоторого времени LEP-дисплеи составят достойную конкуренцию по качеству и цене как ЖК, так и ЭЛТ-мониторам.

В настоящее время с CDT сотрудничают такие компании, как Seiko Epson, Intel, HP и др. В конце февраля 2000 г. CDT объявила о завершении строительства предприятия по производству LEP-материалов. Объем инвестиций в этот проект оценивается в 3 млн. долл. Ввод в строй нового предприятия не только позволит увеличить объем выпуска LEP-полимеров для исследовательских нужд самой компании, но и даст возможность осуществлять поставки компаниям-партнерам CDT.

Летом 2000 г. компания CDT объявила о завершении разработки дисплея, который в буквальном смысле можно распечатать на струйном принтере. Но гибкое покрытие напыляют светоизлучающие полимеры, после чего к подложке достаточно подвести токопроводящие подложки, чтобы получить цветное изображение.

В марте 2003 г. CDT заключила первый коммерческий контракт на отгрузку LEP-диодов желто-зеленого свечения для Trident Displays, дистрибьютора информационных табло. Контракт предусматривал поставку панелей с диагональю 1,7 дюйма, разрешением 5x7 пикселов и яркостью 250 кд/м2. На их основе Trident планирует выпускать дисплеи для транспортных предприятий и изучать спрос на полимерные технологии отображения.

Прототип полноцветного пассивно-матричного PolyLED-дисплея PhilipsPhilips, голландский электронный гигант, пожалуй, - один из старейших владельцев лицензии на производство монохромных пассивно-матричных дисплеев PolyLED (так называют LEP в Philips). Еще в 2001 г. их планировалось поставлять производителям мобильных телефонов и пейджеров. Однако как раз в то самое время потребительская привлекательность конечных устройств стала определяться не энергопотреблением, а количеством цветов, которые способен был отображать их дисплей. То поколение PolyLED-панелей, конечно, не шло ни в какое сравнение с миниатюрными полноцветными TFT LCD ни по качеству, ни по объемам выпуска. Сделав выводы из неудачного опыта, Philips перестроила свою стратегию и для производства конкурентоспособных цветных PolyLED-матриц сосредоточилась на проблемах модернизации фабричных мощностей, в результате которой должны были повыситься и их уровень, и валовой выпуск.

Традиционный метод наложения полимеров с помощью центрифуги (spin-coating) для этого не годился, поскольку предусматривал покрытие подложки одновременно только одним типом полимера, излучавшего один цвет. Естественно, ни о каком аккуратном наложении в ходе последующих итераций двух остальных материалов с другими цветами свечения и речи идти не могло. Самым же перспективным процессом оказался принцип струйного принтера, где вместо чернил использовались разжиженные полимеры различных типов. Правда, существующие на тот момент промышленные установки для этого не подходили, нужно было что-то новое, что позволило бы наносить на подложку диоды с высокой точностью.

О готовности такой производственной линии Philips объявила в 2001 г. Оборудование, с помощью которого удалось наладить процесс струйной печати, было создано совместно с компаниями Spectra и Litrex. Кстати, последняя, образованная в январе 2001 г. на базе подразделения Professional Imaging компании Gretag, примечательна сверхкоротким сроком "самостоятельной жизни". К маю она вполне удачно дебютировала с первой специальной машиной для печати дисплеев, изготовленной по технологии Piezo Micro Deposition (PMD), позволившей размещать на подложке диоды размером всего около 1/6 толщины человеческого волоса (на ней и был основан процесс производства Philips). После того как Litrex подписала с Philips договор о совместной разработке нового аппарата, в декабре 2001 г. контрольный пакет ее акций приобрела CDT.

Полимерные материалы для печати дисплеев создали химические компании - партнеры Philips - Bayer, Covion, Avecia и Dow Chemical. Сама же Philips сосредоточилась на проблеме надежности печатающих элементов принтеров и экспериментах с пропорциями полимеров и растворителей, влияющих в том числе и на нее.

Вместе с тем компания не отказалась и от участия в разработках новых материалов. Одним из последних достижений Philips стало изобретение совместно с Амстердамским университетом вещества, способного в зависимости от направления электрического поля излучать и красный, и зеленый цвета. Оно представляет собой однородную смесь полупроводящих полимеров с присадками металлов, которая размещается между двумя электродами - из золота и оксидов индия и олова (ITO). Если на ITO подавать положительное напряжение и формировать, таким образом, прямонаправленный поток электронов, то металлические присадки начинают излучать красный свет. Если же поменять полярность и соответственно изменить направление тока, то реакция металлов прекращается, а в возбужденное состояние переходят полимеры, которые излучают зеленый свет. По утверждениям ученых, оба цвета получаются достаточно насыщенными и не смешиваются, так что новая полимер-металлическая смесь видится вполне коммерчески пригодной.

Это достижение в случае внедрения в производство позволит существенно увеличить разрешающую способность PolyLED-дисплеев, поскольку при изготовлении полноцветных матриц исключается один из материалов, необходимых для эмиссии. Кроме того, голландские ученые продолжают поиски полимера, способного отображать все три цвета. Простой сменой полярности тут уже не обойдешься, но если он будет найден - то это ознаменует настоящую революцию в индустрии.

Коммерческим успехом Philips можно назвать поставки PolyLED-дисплеев для нескольких производителей военной техники, в частности для подразделения Display Systems Division в составе L-3 Communications - одного из крупнейших в США дистрибьюторов оборудования для авиационной промышленности. Предполагается, что в конце 2005 г. компания будет устанавливать дисплеи в кабины военных самолетов.

Наверх



OLED (Organic Light Emitting Diode)

Пионером в разработке приборов на базе светоизлучающих молекулярных органических материалов (Organic Light Emitting Diode, OLED — светодиоды на основе органических материалов) можно по праву считать компанию Eastman Kodak. Отправной точкой в истории OLED-технологии стала публикация в 1987 году научной статьи о свойствах органических светоизлучающих материалов, написанной двумя учеными из исследовательской лаборатории Eastman Kodak — Чином Таном (Ching Tang) и Стивом Ван Слайком (Steve Van Slyke).

В общем, технологии OLED и LEP очень похожи, основное их различие заключается в структуре используемых светоизлучающих материалов: в случае OLED это молекулярные органические вещества, а в случае LEP (PLED, PolyLED) — полимеры.

Структура OLEDСтруктура простейшего элемента OLED-дисплея, разработанного специалистами Kodak, представляет собой несколько тонких слоев органического вещества, заключенных между пересекающимися частями расположенных перпендикулярно друг другу прозрачного анода и металлического катода. Этот органический «бутерброд» состоит из нескольких слоев: слоя источника дырок, слоя проводника дырок, светоизлучающего слоя и слоя проводника электронов. При подаче напряжения (порядка нескольких вольт) на пересекающиеся на данной ячейке анод и катод из соответствующих слоев испускаются положительные и отрицательные заряды, рекомбинация которых в излучающем слое вызывает эффект электролюминесценции (излучения света). Вещества, из которых состоят органические слои, а также материалы для анодов и катодов подобраны таким образом, чтобы обеспечить максимальный световой поток.

Значительно улучшить эффективность такого дисплея позволило добавление в вещество светоизлучающего слоя небольшого количества специального «допинга» — инородных молекул с ярко выраженными электролюминесцентными свойствами. Данное решение, запатентованное Kodak, стало одним из ключевых технологических достижений на пути создания полноцветных OLED-дисплеев.

OLED дисплейLCD дисплейПри прохождении тока напряжением от 2.5 В, базовый слой начинает излучать фотоны, чей поток становится все более интенсивным по мере увеличения силы тока, усиливаясь практически линейно, и позволяя при напряжении менее 10 В получить яркость более 1000 Кд на квадратный метр, что минимум в два раза превышает соответствующий показатель сегодняшних LCD экранов (максимум же - свыше 100 000 Кд на квадратный метр). Пик интенсивности спектра приходится на 550 нм длину волны, что соответствует зеленому цвету.

Естественно, кроме явных плюсов, были и минусы. Тут и долговечность, точнее, ее отсутствие - в первоначальных опытах светимость при постоянном напряжении падала вдвое уже после 100 часов непрерывной работы, и проблемы с отдельными участками спектра, в частности, с голубым. Тем не менее, прорыв был очевиден, учитывая, что до этого для получения более-менее нормальной светимости требовалось напряжение порядка 100 В.

К решению оставшихся проблем присоединилось множество фирм (на сегодняшний день OLED занимаются порядка восьми десятков компаний и университетов), и большинство из них в той или иной мере сегодня уже можно считать решенными. Новые OLED материалы представляют из себя куда более сложные комбинации веществ, чем это было на заре их истории. Новые химические формулы базовых слоев, отдельные обогащающие добавки, отвечающие каждая за свою часть спектра - красную, синюю, зеленую...

Успехи более чем впечатляют: хотя в синем спектре последние перспективные OLED материалы и остаются наименее долговечными, тем не менее, даже в условиях синей светимости их срок жизни достигает до 10 тысяч часов. Красный и зеленый цвета дают до 40 тысяч, универсальный белый - 20 тысяч часов. Уже прилично, учитывая, что для тех же цифровых камер, к примеру, среднее время жизни экрана считается нормальным от 1000 часов. К тому же в коммерческих продуктах речь очевидно будет идти о классической схеме используемой в LCD, когда экран состоит из сплошных белых OLED излучателей, с цветными фильтрами, отвечающими за придание цвета конкретным пикселам. Но все же здесь еще есть над чем серьезно поработать.

Ко всему прочему, новые основные материалы значительно повышают и физические параметры OLED. В частности, повышая верхнюю планку диапазона рабочих температур более чем до 100 градусов по Цельсию, с прицелом на использование в автомобильной электронике и тому подобных устройствах.

В своем развитии, OLED экраны полностью повторяют путь пройденный их предшественниками, LCD также поначалу четко делился на экраны с пассивной и активной матрицей, но потом, по мере совершенствования технологий, пассивная матрица осталась лишь в узком классе устройств с небольшой диагональю, где просто-напросто не требуется качественное изображение. OLED экраны также начали с пассивных матриц, которые прекрасно подходят, например, для экранов автомагнитол или дешевых сотовых телефонов.

Первый коммерческий OLED дисплей: яркость 100 кд/м2; контрастность 100:1; угол обзора 170°; диапазон рабочих температур: от -40 до +85 °CПервый OLED дисплей, представленный на рынок, был пассивно адресуемой матричной панелью, имеющей 256x64 точек. Он использовался для автомагнитолы.

Такая матрица представляет из себя простейший двухмерный массив пикселов в виде пересекающихся строк и колонок. Каждое такое пересечение является OLED диодом. Чтобы подсветить его, управляющие сигналы подаются на соответствующие строку и колонку. Чем больше подано напряжение, тем ярче будет светимость пиксела. Напряжение требуется достаточно высокое, вдобавок, подобная схема не позволяет создавать эффективные экраны, состоящие более чем из миллиона пикселов. Когда у первых ноутбуков курсор мыши, двигающийся по экрану, оставлял за собой длинный, угасающий след - вот это и есть пример пассивной матрицы.

Дисплей TFT OLED 3 дюймаВесьма схожи между собой у LCD и OLED принципы работы активной матрицы. Все тот же двухмерный массив из пересекающихся колонок и линий, но на сей раз каждое из их пересечений представляет из себя не только светоизлучающий элемент, жидкокристаллическую ячейку или OLED диод, но и управляющий им транзистор. Управляющий сигнал посылается уже на него, он запоминает какой уровень светимости от ячейки требуется и пока не будет дана другая команда будет исправно поддерживать этот уровень тока. И напряжение в этом случае требуется куда ниже и ячейка куда быстрее реагирует на изменение ситуации.

Опытный образец 2-дюймового OLED (176x192 точек) с использованием CGSI, предназначенный для мобильных телефонов третьего поколения (Tohoku Pioneer).Ещё в феврале 1999 г. альянс для разработки и продвижения на рынке OLED-дисплеев образовали компании Sanyo Electric и Kodak. Через несколько месяцев они смогли показать работающий прототип полноцветного активно-матричного дисплея с размером диагонали 2,4 дюйма, а весной 2000 г. - 5,5-дюймовый дисплей.

Расширить применение OLED можно было, решив проблему увеличения цветовой гаммы. Исследовательская группа корпорации Tohoku Pioneer разработала 18-разрядные OLED дисплеи, используя тонкопленочные транзисторы «монолитный кристалл кремния» (CGSI).

Магнитола Pioneer с OLED-дисплеем 128 x 33 пикселаУже в 2002 г. OLED "в массы" стала продвигать Pioneer Electronics, выпустившая несколько моделей автомобильных магнитол с пассивно-матричными OLED-дисплеями, отображающими различные графические варианты эквалайзера и заставок, а также трехмерные анимационные ролики, правда, пока все это в одном цвете.

Что же касается новых классов устройств, то OLED экраны вполне могут возродить такую незаслуженно забытую вещь, как шлемы виртуальной реальности. В свое время они оказались слишком дорогими, тяжелыми и со слишком маленьким разрешением, а также вообще не слишком блестящим качеством изображения. Новая технология позволит преодолеть если не все, то большинство из этих проблем. (Разве что по поводу цены нельзя дать однозначного ответа, но она будет падать). Более того, для микроэкранов носимых экранов предназначенных для просмотра "на просвет", когда информация проецируется на окружающий мир залитый солнечным светом, позволяя видеть и ее и все вокруг OLED может стать просто незаменимым, учитывая требования по яркости, измеряемые в тысячах Кд/кв. м.

Коммуникатор от SanyoЕще одним классом устройств, являющихся несомненными кандидатами на роль безоговорочных поклонников OLED, являются современные мобильные телефоны, в функции которых входит работа с изображениями (т.е. - GPRS и 3G). Сравнивать качество фотографии на маленьком LCD экране и его OLED аналоге попросту бессмысленно. Потому и демонстрируются производителями телефонов модели с OLED экранами, а производители этих экранов, совсем недавно вообще не имевшие в своем ассортименте подобное направление планируют объемы продаж в миллионах штук.

Первый шаг навстречу пользователям сделала Samsung, представив в июле 2002 г. прототип мобильного телефона с цветным экраном PHOLED (Phosphorescent OLED) от UDC. Сразу после этого о выпуске нового продукта заявила Sanyo. Вместе с американским оператором мобильной связи Sprint компания разработала мобильный телефон с 2,5-дюймовым полноцветным OLED-дисплеем. Сейчас в России уже можно приобрести мобильник с OLED дисплеем, например Samsung SGH-X120. Некоторые компании делают внешний дисплей на своих телефонах-раскладушках по технологии OLED.

Фотоаппарат с OLED дисплеемТакже OLED дисплеи могут использоваться в других устройствах, например, в фотоаппаратах, что позволяет экономить не слишком большое количество энергии в аккумуляторах, а также делать эти устройства более компактными и лёгкими.

SK Display на выставке CEATEC Japan 2002 показала прототип 15-дюймового OLED-монитора с разрешением 1280 x 720 пикселов и поддержкой 262144 цветов, а немногим раньше Sony продемонстрировала возможности портативного ПК с 13-дюймовым экраном на основе этой технологии.

Своеобразным прорывом стал продемонстрированный International Display Technology (IDTech), являющейся совместным предприятием между японской IBM и крупнейшим тайваньским производителем мониторов Chi Mai прототип 20" полноцветного монитора на базе OLED. Компания особо подчеркивает тот факт, что ей удалось создать матрицу с управляющими структурами на базе аморфного, а не поликристаллического кремния - во-первых, относительно дешевого, по крайней мере по сравнению с поликристаллическим и уж тем более однокристальным кремнием, а во-вторых, широко использующегося сегодня при производстве LCD экранов, что дает возможность воспользоваться уже имеющимися линиями по их производству, а следовательно добиться, чтобы цена OLED экранов была примерно того же порядка. Некоторые плюсы очевидны уже сегодня: это и энергопотребление, составляющее всего 25 Вт при светимости в 300 Кд/кв. м и цветопередача, превосходящая по своему уровню качества даже некоторые CRT мониторы, не говоря уже о LCD. Единственный факт, по которому прототип серьезно отстает от выпускающихся сегодня LCD экранов - это, конечно, разрешение матрицы: 1280х768 пикселов для 20" диагонали явно маловато.

40-дюймовый OLED дисплей EpsonВ 2004 г. компания Seiko Epson Corporation (EPSON) объявила о создании первого в мире 40" широкоэкранного полноцветного OLED дисплея. Компания разработала уникальную систему печати для нанесения органических слоев на широкую TFT-подложку. Упростив использование специальной струйной технологии для формирования органических слоев на широких подложках, EPSON создала первый, самый широкий в мире, 40-дюймовый полноцветный OLED-дисплей c разрешением 1280x768 (W-XGA).

Разработка OLED-дисплеев ведется широким фронтом. На выставке в Сиэтле Samsung продемонстрировала 17" панель. Для создания панели Samsung использовала лазерную технологию формирования слоев на стеклянной подложке. Прототип имеет разрешение 1600x1200 пикселей и яркость 400 Кд/кв. м. Энергопотребление составляет 10 Вт (когда 30% дисплея имеет белый цвет). А в конце мая 2004 г. Philips показал 13-дюймовый прототип (576х324), который был создан в рамках разработки 30" панели с разрешением WXGA (1365x768). Его производство должно быть достаточно дешевым, поскольку для нанесения органического слоя (собственно OLED) используется точный многоцветный струйный принтер.

Технологический институт штата Джорджия и компания Albemarle ведут совместные исследования с целью получения новых полимеров для органических светодиодов (OLED) на основе алюминия. Компания Albemarle — крупный поставщик химических компонентов, поддерживает исследования в расчет на то, что его результаты помогут снизить стоимость производства OLED, основанных на алюминиевом три(8-гидроксихинолине), известном под обозначением Alq3.

Alq3Alq3 — один из наиболее стабильных твердотельных флуоресцентных материалов, что делает его привлекательным кандидатом на использование в излучающем и электронно-проводящем слоях OLED. В ходе исследований были разработаны материалы, которые помогают расположить Alq3 на подложке, используя простые методы работы с растворами. Ранее материал приходилось наносить, используя дорогостоящее оборудование для вакуумного напыления.

На недавней демонстрации результатов было показано, что система может излучать желтый свет (длина волны — 560 нанометров) и синий (длина волны — 440 нанометров). Это подтверждает принципиальную пригодность системы для использования в дисплеях следующего поколения. На снимке вы видите емкости, в которых находится раствор из полимеров и Alq3, «настроенный» на разные длины волн.

OLEDЗаветной мечтой многих разработчиков является создание гибких дисплеев. Производители электронных устройств с нетерпением ожидают появления гибких экранов, поскольку это откроет поистине фантастические возможности по созданию новых форм различных электронных устройств, и в первую очередь, конечно же, портативных.

Монохромный FOLED дисплей UDCАмериканская компания UDC (Universal Display Corporation) разрабатывает гибкие дисплеи OLED - Flexible OLED (FOLED). Такие устройства предполагают использование не стеклянной, а гибкой и прочной пластиковой подложки. Однако пластик, в отличие от стекла, пропускает кислород и водяные пары атмосферы, разрушающие полимеры. Сейчас данная проблема близка к разрешению.

Монохромный FOLED дисплей UDCДисплеи FOLED еще более прочные, чем обычные дисплеи OLED. Кроме того, они допускают изгиб с радиусом кривизны < 1 см. Использование дисплея FOLED открывает совершенно новые возможности при проектировании панели транспортного средства. Экран может быть установлен в пространство, раньше недоступное для дисплеев на плоских панелях, например, интегрировать дисплей FOLED в изогнутую приборную доску; на внутреннюю облицовку боковых панелей и потолка

UDC разработала уникальную технологию производства OLED-дисплеев с прозрачным катодом, получивших название TOLED (Transparent OLED). Данная технология позволяет создавать как односторонние, так и двусторонние прозрачные дисплеи, изображение на которых можно видеть и с внешней, и с внутренней стороны экрана. TOLED-дисплеи можно создавать на самых разнообразных подложках — стеклянной, пластиковой, силиконовой, металлической...

В выключенном состоянии современные образцы TOLED-дисплеев имеют прозрачность не менее 70%, что позволяет интегрировать их, например, в оконные и автомобильные стекла, прозрачные щитки шлемов и даже в обычные очки.

Уже в мае 2003 г. специалисты Samsung SDI, являющейся одним из технологических партнеров UDC, продемонстрировали работающий прототип полноцветного активно-матричного TOLED-дисплея с диагональю экрана 2,2".

SOLEDЕще одно важное изобретение UDC — это многослойные, или стекированные, OLED-дисплеи (Stacked OLED, SOLED). В отличие от обычных полноцветных дисплеев, где изображение формируется из пикселов трех первичных цветов, лежащих в одной плоскости, пиксел SOLED-дисплея состоит из трех расположенных друг за другом субпикселов первичных цветов аддитивной модели (RGB). Такой подход позволяет в три раза сократить количество пикселов экрана при сохранении той же разрешающей способности. Кроме того, SOLED-дисплей обеспечивает практически 100-процентное использование площади экрана независимо от воспроизводимого оттенка (в отличие от дисплея с экранными элементами первичных цветов, который при воспроизведении красного, синего или зеленого цвета будет излучать свет лишь 1/3 поверхности экрана). Конструкция SOLED-дисплея (по крайней мере, теоретически) позволяет очень точно управлять настройкой цветопередачи благодаря возможности изменять электрические параметры отдельно для каждого из слоёв субпикселов.

Преимущества SOLED-дисплеев вполне очевидны и при создании экранов большого размера, поскольку, независимо от их размеров, зрителя не будет раздражать мозаичная структура пикселов первичных цветов.

Специалисты UDC разработали также и оригинальную технологию производства OLED-дисплеев, получившую название Organic Vapor Phase Deposition (OVPD), применение которой позволило снизить себестоимость OLED-дисплеев, а также значительно сократить продолжительность производственного цикла.

Электроная газетаГибкие дисплеи в скором будущем позволят создавать самые фантастические устройства. К примеру, электронная газета. Лист пластика, не менее гибкого чем сегодняшний лист бумаги, со встроенной в него схемой беспроводного доступа к Internet, к последним выпускам разнообразных изданий, простая схема навигации, и конечно великолепное качество изображения, позволяющее оценить всю прелесть цветных фотоиллюстраций к статьям.

OLED дисплей, сворачивающийся в ручкуА может быть планшетный ПК, сворачивающийся в корпус обычной авторучки?

Или обои, или, скажем, шторы. Ведь, если не зацикливаться на способности отображать четкую информацию с высокими разрешениями, то в случае подобного применения, OLED может стать новым нетрадиционным источником равномерного освещения для помещений, заменив собой лампы под потолком, причем с регулируемыми свойствами, от оттенка света, до конкретного узора на своей поверхности. В несколько более отдаленном будущем, когда технологии позволят достичь высоких разрешений и на OLED экранах с диагональю в несколько метров, такая стена сможет с легкостью превратиться при желании в телевизор или мультифункциональное информационное устройство, позволяющее одновременно отображать как один или несколько видеопотоков, так и относящиеся к ним данные.

Или, к примеру, что вы скажете о сегодняшнем мобильном телефоне с доступом в Интернет, но где вам не потребуется разбирать информацию на экране в пару дюймов, а можно будет просто вытащить и развернуть полноценный, с диагональю дюймов на 10? Кредитной карте, чья лицевая поверхность представляет из себя один сплошной OLED экран, позволяющий проводить операции со счетом? (Что-то подобное, в несколько более скромных масштабах, продемонстрировано Siemens еще в 1999 году).

Да что говорить, если OLED, благодаря своей яркости свечения, рассматривается даже в том числе и в качестве разметки для взлетно-посадочных полос? А если вспомнить еще и то, что потенциально этот класс материалов может быть использован и для создания элементов, занимающихся обратным процессом, превращающих световую энергию (солнечный свет, в частности) в электричество, картинка становится еще более заманчивой. Производители не зря вкладывают сегодня в эту технологию сотни миллионов долларов в год - в ближайшие годы она даст им рынок, объем которого будет измеряться в десятках миллиардов.

Наверх



E Ink (Электронные чернила)

Группа ученых Кембриджского университета изобрела чернила. Это звучит примерно так же, как "изобрела велосипед", ведь чернилами человечество пользуется уже несколько тысячелетий. Но вся суть идеи в том, что чернила не простые, а электронные. Экран, созданный по такой технологии, состоит из миллионов микрокапсул толщиной в человеческий волос, каждая из которых соответствует одному пикселу. Микрокапсулы заполнены положительно заряженными белыми и отрицательно заряженными черными частичками, находящимися в жидкой среде. Массив капсул покрыт с двух сторон тонкими электродами, верхний из них - прозрачный.

Принцип работы электронных чернилДля создания черной точки соответствующее место прозрачного электрода заряжается положительно, притягивая к себе черные частички и отталкивая белые. Для "отбеливания" экрана просто меняется полярность напряжения. На такие переключения цветов уходит гораздо меньше электроэнергии, чем потребляет LCD, а в промежутках между ними экран не требует подпитки вообще, так как частички остаются на своих местах без всякого дополнительного влияния. Малый диаметр капсул дает возможность достигнуть контрастности, превосходящей контрастность печатного текста, - четкие черные буквы на белом фоне, а не серые на сером, как в жидкокристаллических дисплеях. Кроме того, такой экран обеспечил широкий угол обзора, позволив читать текст с любого направления, с которого видна поверхность "цифровой бумаги".

E InkЭто было только начало. Ученые создали компанию, назвав ее в честь своего изобретения E Ink Corporation, и продолжают совершенствовать технологию, которая уже начала давать плоды. "Электронно-чернильные" экраны успешно применяются в рекламных целях в нескольких больших американских универмагах, зазывая покупателей меняющимися надписями.

Дальнейшее развитие определила корпорация Philips - мировой лидер в производстве плоских экранов. Вложив свой капитал в E Ink, она заключила контракт на разработку дисплея на основе технологии электронных чернил с характеристиками, пригодными для практического применения: диагональ 3-8", разрешение - 125 dpi и больше, контрастность - 10:1, отражающая способность - 40%, время реакции - 150 мс. Он будет отображать до 16 оттенков серого цвета, потребляя в 1000(!) раз меньше энергии, чем аналогичный жидкокристаллический дисплей, имея при этом меньшую массу и толщину.

Разумеется, развитие любой технологии невозможно без финансовых вливаний в НИОКР. Компания E-Ink своевременно заботилась о поиске партнеров и заключении стратегических соглашений для коммерческого продвижения дисплеев на электронных чернилах на массовый рынок.

Первый образец цветного дисплея от компании Toppan, основанного на технологии электронных чернилНапример, весной 2001 г. в список стратегических партнеров компании E-Ink вошла TOPPAN Printing Company — мировой лидер по производству цветных фильтров для плоскопанельных мониторов. Компании заключили партнерское соглашение по разработке цветных дисплеев на электронных чернилах. Согласно условиям этого соглашения, TOPPAN Printing Company вложила 5 миллионов долларов инвестиций в E-Ink. Заключенный контракт должен был дать TOPPAN Printing Company эксклюзивные права (в мировом масштабе) на разработку и производство цветных фильтров для дисплеев на электронных чернилах.

Нужно сказать, что сотрудничество компаний оказалось довольно успешным — прототип цветного электронно-чернильного дисплея, использующего цветовые фильтры, был представлен уже в том же 2001 году. А уже в феврале 2002 года E-Ink и TOPPAN Printing Company заключили новое инвестиционное соглашение.Электронная бумага Согласно его условиям компании становились стратегическими партнерами по коммерциализации совместно разрабатываемой технологии. В рамках соглашения TOPPAN Printing Company становился эксклюзивным производителем покрытия передних панелей (FPL) для дисплеев использующих электронные чернила. По условиям достигнутого соглашения TOPPAN Printing Company вложила еще 25 миллионов долларов в компанию E-Ink.

Еще одним ключевым партнером E-Ink стал никто иной, как корпорация Royal Philips Electronics. В самом начале 2001 года E-Ink и Philips Components заявили о совместной разработке электронно-чернильных дисплеев высокого разрешения. Такие дисплеи посчитали тогда весьма перспективными для использования в таких устройствах как электронные книги (eBooks), КПК, устройства мобильной коммуникации, и др.

Дисплей Philips - E InkСогласно достигнутому обоюдному соглашению, Philips Venture Capital и Philips Components обязались осуществить инвестиции в E-Ink, а также помочь в развитии исследовательской программы, с целью довести технологические наработки до стадии коммерческой реализации. Договором предусматривалось, что компания E-Ink займется собственно самими электронными чернилами, а в Philips сосредоточатся на разработке активно-матричных управляющих панелей и электронно-чернильных дисплеев в целом. По условиям соглашения подразделение Philips Components получало глобальные эксклюзивные права в мировом масштабе на производство модулей для создаваемых дисплеев.

Стоит признать, что работы у компаньонов продвигались довольно успешно. Менее чем через четыре месяца после заключения соглашения Philips Components и E-Ink Corporation продемонстрировали первый работающий прототип электронно-чернильного дисплея. Весной 2002 года E-Ink и Royal Philips объявили об успешном завершении первой фазы их соглашения, и заявили о намерении начать совместное коммерческое продвижение разработанных технологий на рынок. Партнерами было дано обещание начать массовые коммерческие поставки дисплеев на электронных чернилах уже к середине 2003 г. Однако ж, этого не произошло. Далее мы попробуем разобраться, почему такого не случилось, а пока вернемся к компаниям, поддержавшим E-Ink Corporation в ее благородном, в общем-то, начинании.

Электронная бумага

Табло, основанное на электронной бумагеE-Ink заключила соглашение с Vossloh System-Technik GmbH (VST), по условиям которого базирующиеся на технологии электронных чернил информационные системы должны были стать доступными для европейской транспортной индустрии все в том же 2003 году. E-Ink обещала разработать электронночернильные экраны сегментного и символьного типа, а VST, со своей стороны, взяла обязательство интегрировать эти элементы в свои информационные системы для пассажиров.

E-Ink удалось также договорится и с Air Products and Chemicals, Inc.: компании заявили об объединении усилий по разработке материалов следующего поколения для дисплеев на электронных чернилах.

Электронная бумагаЭлектронная бумага

Нашла E-Ink общий язык и с Lucent/Bell Labs. В рамках сотрудничества с этой компанией, E-Ink была лицензирована технология пластиковых транзисторов Bell Labs. В свою очередь Lucent's New Ventures Group осуществила многомиллионную инвестицию в E-Ink. Компании начали активно сотрудничать в разработке электронной бумаги на основе технологии гибких пластиковых электронных дисплеев, создаваемых в процессе печати экранов, который очень похож на привычную технологию струйной печати чернилами на бумаге.

Электронная бумагаТехнология дисплеев на электронных чернилах была призвана обеспечить полноценное визуальное информационное общение пользователей с различными электронными устройствами, путем реализации условий чтения информации с экранов всевозможных устройств, словно с обычного бумажного листа.

Да-да, дисплей на электронных чернилах по своим «изобразительным» характеристикам схож с самым привычным для чтения носителем — бумажными страницами. Поэтому рассматриваемую технологию еще иногда называют технологией «электронной бумаги».

Гибкость электронной бумагиИсходя из этого, экраны мобильных устройств с такими дисплеями должны были бы быть удобочитаемыми, а еще их можно было выполнить не просто портативными, но и гибкими (помните привнесенные в разработку технологии Lucent/Bell Labs?).

Сравнение LCD и E InkСтало быть, пользователям электронных устройств собирались представить вариант экрана по визуальным характеристикам неотличимый от распечатки на листе бумаги, но при этом имелась возможность менять картинки на этом листе — блестяще, нечего сказать. Кроме того, изображение на электронно-чернильных экранах от E-Ink, без сомнения, гораздо более удобно для просмотра (уточню — в обычных условиях), чем на иных типах распространенных экранов. Производитель утверждает, что картинка смотрится и впрямь как на бумаге (Superior Paper-Like Readability) — отсутствует мерцание, «плавание» изображения, нечеткость символов и линий. Цветопередача картинки, сформированной на E-Ink дисплеях, не зависит от угла зрения на экран — явное преимущество по сравнению с ЖК-дисплеями.

Электронная бумагаЗначительным преимуществом дисплеев на электронных чернилах является и то, что состояние пигментных частиц в микрокапсулах очень стабильно. Созданное на электронно-чернильном экране изображение может устойчиво сохраняться весьма длительное время, вплоть до несколько недель (!), не требуя при этом каких–либо затрат энергии. Дисплеи любых других типов на такое просто не способны. Из этого следует, что дисплеи на электронных чернилах отличаются крайне низким энергопотреблением, а потребляемая такими устройствами мощность во многом зависит именно от частоты изменения картинки на экране.

Конечно же, гибкость таких дисплеев тоже можно посчитать немаловажным преимуществом — приятно взять с собой большой экран, свернув его в трубочку :).

Устройство E InkТакже, и это немаловажно, производителем было заявлено, что прототипы электронно-чернильных дисплеев от E-Ink ударопрочны и очень долговечны. Кроме того, немаловажным плюсом могло стать то, что массовое изготовление таких дисплеев обещало быть очень дешевым. Как вы помните, благодаря привлечению разработок от Lucent/Bell Labs, по одному из вариантов реализации технологии дисплеев на электронных чернилах, эти самые «чернила» просто печатаются на поверхности экрана, формируя тонкую пленку активного слоя. Именно эта пленка затем «управляться» электрической схемой дисплея для формирования матрицы пикселей.

Важна и универсальность: технологию электронных чернил можно было использовать как для создания простейших символьных и сегментных дисплеев, так и для изготовления более «продвинутых» графических экранов, в том числе управляемых с помощью активной TFT матрицы. Значительным достоинством таких дисплеев могло бы оказаться то, что, благодаря использованию электронных чернил, можно добиться очень высокого разрешения экрана.

Разрешение E Ink очень великоПоскольку размеры микрокапсул с пигментом невелики, предельное разрешение электронно-чернильного экрана фактически определяется разрешением используемой управляющей электронной матрицы, а здесь возможности для улучшения характеристик очень велики.

Достоинства технологии EID мы можем оценить, посмотрев на характеристики одного из прототипов дисплеев на электронных чернилах, о котором в свое время рассказал журнал Nature. Это 3-х дюймовый гибкий дисплей с разрешением 160 х 240 пикселей. Все устройство размещено на подложке из очень тонкого листа нержавеющей стали. Непосредственно над листом находится тонкий изолированный слой управляющих электродов, над которым, в свою очередь, уже нанесен слой электронных чернил с микрокапсулами. Данный монохромный дисплей имеет толщину всего 0.3 мм — конкурирующим технологиям такое и не снилось. А если добавить к сказанному тот факт, что данный дисплей очень гибок — он в рабочем состоянии (!) может быть скручен в трубочку диаметром полтора сантиметра без малейшей потери качества изображения — то, казалось бы, конкурентам вообще нечего делать на поприще, где присутствует столь революционная технология.

Но смотрим характеристики дальше. На экране устройства «новая» текстовая страничка формируется за четверть секунды. Маловато будет. 4 кадра в секунду — это очень нехороший показатель даже для экранов мобильных устройств.

Ага, так может быть причина загадочного «непоявления» на массовом рынке дисплеев с технологией EID кроется как раз в недостатках, свойственных этой самой технологии электронных чернил? Что ж, давайте попытаемся объективно посмотреть на присущие электронно-чернильным дисплеям «пороки».

Безусловно, по длительности показа единожды созданного изображения, сохраняемого без дополнительных затрат энергии, другим дисплеям с изделиями от E-Ink трудно потягаться. Однако на дисплеях современных «наладонников» или мобильников обычно демонстрируется вовсе не статичная картинка (а в экономичном режиме их дисплей и вовсе может быть отключен с целью энергосбережения, так что при «простое» устройства ощутимого выигрыша нет). На экранах современных мобильных аппаратов почти постоянно происходят какие-то регулярные изменения изображения. Причем порой весьма динамичные, особенно если речь идет о дисплеях КПК и прочих «ручных» электронных устройств, куда было «нацелила» свои дисплеи E-Ink. И тут мы подобрались к первому, но большому но. Многие наверняка не понаслышке знают (хотя бы исходя из личного опыта игр на старых мобильных телефонах), что такое слишком инерционный дисплей для динамичной графики — на таком дисплее движущиеся объекты порой и вовсе «исчезают из виду». Так вот, дисплеям на электронных чернилах в этой области как раз похвалиться, увы, нечем. По современным меркам инерционность электронно-чернильных экранов просто громадна.

Насколько мне известно, компания E-Ink обещала понизить инерционность своих электронно-чернильных экранов до 150 мс. Но все равно, это очень далекий от оптимального показатель — такая задержка соответствует частоте смены кадров около 7 за секунду. А этого явно недостаточно для современных мобильных устройств, все смелее демонстрирующих свои возможности по воспроизведению видеопотока. Усугубляет в целом нерадужную картину с E Ink еще и то, что возможности цветопередачи у дисплеев на электронных чернилах, прямо скажем, слабоваты.

Еще один интересный момент. Созданные E-Ink дисплеи не нуждаются в подсветке, они работают в отраженном свете, прямо как настоящая бумага :) Это отнесено производителем к безусловным достоинствам данной технологии. Да, это чрезвычайно удачно с точки зрения энергосбережения — в мобильных устройствах отпадает необходимость расходовать заряд аккумуляторов на подсветку экрана. Однако здесь возникает и второе большое но. Получается что яркость, контраст и цветопередача дисплеев на электронных чернилах сильно зависят от условий внешнего освещения. А ведь оно для дисплеев, особенно в случае мобильных устройств, оптимально далеко не всегда. Ну а об актуальности подсветки экрана в темное время суток или при работе в условиях плохо освещенных помещений и говорить не приходится.

Электронная бумагаЧто касается гибкости дисплеев E-Ink, то это их преимущество и подавно нельзя назвать неоспоримым. Существуют, например, гибкие ЖК-экраны, хотя до гибкости дисплеев созданных по технологии EID они, конечно, не дотягивают. Однако, откровенно говоря, для дисплея умение изгибаться — не самая главная, а порой даже и вредная особенность. Ведь гибкий экран запросто может демонстрировать искаженные, искривленные изображения. Представьте, вы смотрите на дисплей, чтобы насладится действительно плоским изображением, за которое еще недавно так активно боролись все производители мониторов :), а гибкий экран возьми, и искривись по какой-либо причине. Например, он был долго свернут или искривлен, и приобрел «память формы». Вы давай экран ровнять — а он снова изгибается... Скажите, разве приятно будет смотреть на «кривое» изображение? И просто страшно подумать, что будет, если гибкий экран ненароком вообще помнется :).

Как видим, недостатки дисплеев на электронных чернилах весьма существенны. Именно по этой причине E-Ink, вероятно, так и не удалось найти ни одного производителя техники, которого удовлетворили бы характеристики предлагаемых компанией дисплеев созданных по EID технологии. А потому потребители так и не увидели электронных чернил в массово выпускаемых электронных устройствах.

Но всё же работа над "электронной бумагой" не стоит на месте. В начале 2004 г. в Philips были разработаны гибкие дисплеи, объединяющие в себе органическую активную матрицу и "электронные чернила" от фирмы E Ink.

Как отмечают специалисты Polymer Technologies, метод производства "традиционных" тонкопленочных активных матриц, предназначенных для применения в жидкокристаллических дисплеях и использующих стеклянные подложки, не может быть задействован для изготовления гибких устройств на основе органического пластика из-за высоких температур. Поэтому пришлось искать новые пути.

Структура органической активной матрицыКонструкция активной матрицы, предложенная учеными Polymer Vision (внутренние предприятие Philips), предусматривает наличие четырех слоев: двух органических, выполняющих изолирующую и полупроводящую функции, и двух золотых, "задающих" структуру тонкопленочных транзисторов и формирующих электрические соединения.

В процессе изготовления такой матрицы упомянутые слои последовательно наносятся на подложку, в роли которой выступает тривиальный дешевый пластик (предпочтительно, тем не менее, чтобы он как можно меньше электризовался в электромагнитных полях). Для золотых слоев используется вакуумное напыление, причем в необходимом порядке проводящие элементы располагаются с помощью метода фотолитографии, аналогичного тому, что применяется при производстве микросхем, - только в данном случае, поскольку нужен гораздо более низкий уровень детализации, оборудование проще и дешевле. Что касается органических слоев, то их получают путем выделения из раствора. Однако здесь, опять же, подойдут недорогие с промышленной точки зрения методы, к примеру центрифугирование или печать. После этого остается лишь нанести электронные чернила поверх полупроводникового слоя путем ламинирования, и все - гибкий дисплей готов.

Итак, что же конкретно продемонстрировали Philips и Polymer Vision? Речь идет, по их утверждению, о самой тонкой и гибкой активно-матричной TFT-панели на сегодняшний день. Это монохромный QVGA-дисплей с размером диагонали около 5 дюймов, который имеет разрешение 85 dpi, а радиус изгиба у него равняется 2 см. Устройство состоит из активной матрицы толщиной 25 мкм и нанесенного на нее 200-микронного слоя электронных чернил.

Кроме того, Polymer Vision разработала блок сдвиговых регистров (один из основных элементов управляющей схемы дисплея). Он тоже изготовляется по описанной выше технологии и представляет собой, как заявляют его создатели, самую сложную на текущий момент полнофункциональную органическую электронную схему. Отмечается, что и матрицы, и блоки получают на стандартном оборудовании, и в настоящее время фирма способна поставлять до 5 тыс. гибких дисплеев в год. Сейчас ведется проектирование пилотной линии по их производству.

Наверх



Philips: видео на "электронной бумаге"

Дисплейная технология, представленная недавно голландской компанией Philips, предполагает использование обнаруженного еще в конце XIX века явления электросмачивания.

Ключевым элементом разработанных учеными Philips рефлективных дисплеев является... масляная капля, которая в зависимости от необходимости может быть подкрашена в различные цвета. Она располагается на поверхности гидрофобного изолятора и покрыта слоем воды.

Принцип функционирования дисплея, использующего электросмачиваниеВ исходном положении капля, если можно так выразиться, растекается по всему пикселу, разделяя изолятор и воду. Однако, если создать между ними разность потенциалов, то подобная конфигурация из-за появления электростатического поля перестает быть энергетически выгодной. Состоянием с меньшей энергией теперь является то, в котором вода находится в непосредственном контакте с гидрофобным изолятором: именно к такому состоянию система и стремится. В результате масло вытесняется водой, и способность "рабочего слоя" к пропусканию света (падающего и отраженного) повышается. При этом вследствие миниатюрности пикселов (к примеру, в экспериментальных образцах, полученных в Philips, их размеры равнялись 500x500 мкм) для стороннего наблюдателя они все равно будут выглядеть "однотонными", а описанный процесс - восприниматься как изменение яркости.

Как утверждают исследователи компании, их технология позволяет создавать гибкие дисплеи (реализующие концепцию так называемой "электронной бумаги"), обладающие одним принципиальным преимуществом перед остальными аналогичными разработками - способностью воспроизводить видео. Подобная возможность обеспечивается благодаря малой инерционности "масляных" пикселов - до 10 мс.

Кроме того, у дисплеев на базе явления электросмачивания можно добиться значительного увеличения яркости изображения - по заявлению Philips, до 4 раз по сравнению с рефлективными ЖК-панелями.

Схема формирования цветов с применением трёх субпикселовГлавная идея здесь заключается в использовании трех субпикселов, каждый из которых способен принимать два разных цветовых состояния, в отличие от традиционных RGB-устройств, где основной цвет каждого субпиксела фиксирован (достигается это, в частности, за счет применения цветовой модели CMY). В результате для воспроизведения какого-то одного цвета может быть задействовано две трети общей площади дисплея, а не треть.

Субпиксел в технологии от Philips состоит, условно говоря, из двух управляемых независимо друг от друга масляных слоев и светофильтра, которые могут быть голубыми, сиреневыми или желтыми. При этом цвета упомянутых элементов в разных субпикселах, входящих в состав одного и того же пиксела, отличаются.

Дополнительному приросту яркости по сравнению с ЖК-дисплеями способствует и отсутствие поляризаторов - они в данном случае попросту не нужны.

Наконец, еще одно достоинство разработки Philips заключается, как наверняка уже догадались многие читатели, в невысоком уровне энергопотребления и способности функционировать при малых напряжениях.

Отсюда сам собой напрашивается вывод об одной из основных потенциальных сфер применения новой технологии - мобильных устройствах, хотя вряд ли что-то может помешать использовать ее и в других сегментах. Впрочем, до появления коммерческих версий дисплеев на основе электросмачивания еще, видимо, очень и очень далеко - пока они существуют только в виде научных образцов.

Наверх



EL (Electroluminescent) дисплеи

EL дисплейКак известно, в большинстве случаев то, что кажется революцией, на деле является плодом длительной и упорной работы. Дисплеи на основе TDEL (Thick-film Dielectric Electroluminescent), что называется, на слуху лишь последние пару лет. Плоские, недорогие, яркие и долговечные, они буквально опровергают все условности, которые казались неизменными спутниками любой плоскопанельной технологии: дороговизна, нестабильность, хрупкость, недостаточная яркость и контрастность. Но история началась уже в начале 90-х...

Основанная в 1991 году как подразделение корпорации Westaim и получившая довольно банальное имя Westaim Advanced Display Technologies, компания с ее нынешним названием iFire прошла все этапы разработки новой технологии изготовления дисплеев - начав с нуля и закончив организацией опытного производства. И, похоже, она сумела-таки добиться своего. Насколько шумно делались анонсы других плоскопанельных технологий, настолько буднично и незаметно проходила работа в стенах iFire. Зато сегодня результаты этого напряженного труда не сходят со страниц специализированных изданий. Внезапно оказалось, что TDEL стала одной из новых перспективных дисплейных технологиий, готовой к практическому применению и не обремененной массой трудноустранимых недостатков.

Прототип 17-дюймового IEL-дисплея iFire, работающего по схеме Color-by-Blue, был показан на SID 2003Компания находится в стадии подготовки производственной базы для своих чудо-дисплеев. Подписаны контракты с Sanyo и TDK: с первой - на выпуск крупноформатных (около 30") панелей, а со второй - на изготовление малых (12" и меньше) мониторов; уплачены первые лицензионные отчисления. Все идет к тому, что в течение ближайших лет мы увидим коммерческую продукцию, основанную на технологии TDEL. Дисплеи, базирующиеся на TDEL, обладают яркостью (около 500 кд/м2 при контрастном соотношении 500:1), которая сравнима с этим показателем у ЭЛТ-трубок (150 кд/м2, 300:1), их толщина не превышает нескольких сантиметров, а угол обзора достигает 170°. Производственный процесс максимально упрощен, а сами панели состоят из нескольких твердых тонких слоев и не содержат каких-либо нестойких веществ вроде жидкостей или газов. Ожидается, что стоимость их изготовления будет на 30-40% ниже, чем для любого другого типа плоских дисплеев.

Из технических особенностей прежде всего стоит отметить то, что TDEL дисплеи являются светоэмиссионными, поэтому необходимость в подсветке отпадает. Одним из выдающихся достижений стала чистота цвета, всегда являвшаяся бичом плоскопанельных технологий. Образцы дисплеев TDEL уже соответствуют высоким требованиям европейских и американских телевизионных стандартов. Время отзыва пикселов не превышает 2 мс, чего вполне достаточно для качественного воспроизведения видео (у LCD этот показатель составляет 10 мс и более).

В 1999 г. iFire продемонстрировала полноцветный TDEL-дисплей с диагональю 8,5" и разрешением 320x240, средняя яркость которого достигала 150 кд/м2. В мае 2000 г. удалось создать первый 17" монитор с несколько меньшей яркостью - около 100 кд/м2. Однако, по словам Шозаку Танака (Shosaku Tanaka) из японского Tottori University, "достигнутый уровень яркости является наилучшим для твердотельных дисплеев с применением фосфора". iFire продолжает стремительно совершенствовать свое изобретение, и в 2003 году на майской конференции SID (Society for Information Display) ее специалисты показали 17" панель с максимальным уровнем яркости 600 кд/м2.

Благодаря последним достижениям самой технологии и оптимизации производственного процесса стоимость организации масштабного выпуска TDEL-панелей (до 250 тыс. штук в год) составит всего около 160 млн. долл. (что весьма скромно по сравнению с миллиардными затратами на современные фабрики для изготовления LCD, но сопоставимо с затратами на постройку фабрики по выпуску PDP-панелей). Планируется, что в этом году Dai Nippon Printing начнет коммерческие поставки 34" TDEL-модулей для систем телевидения высокой четкости (HDTV).

Во-первых, следует заметить, что разрабатываемая iFire-технология относится к классу неорганических электролюминесцентных (IEL - Inorganic Electroluminescent). Классические дисплеи, сделанные на основе неорганических материалов, используют тонкопленочные методики.

Структура EL-дисплеяСуть действия электролюминесцентных панелей заключается в приложении электрического поля к "сэндвичу" из двух электродов (полупрозрачного и алюминиевого) и слою диэлектрика, на который нанесен слой люминесцентного фосфора. Последний излучает свет под воздействием электромагнитного поля. Обычно фосфор состоит из какого-либо полупроводника, играющего роль генератора "горячих" электронов, и излучающих центров с поглотителями, в роли которых выступают атомы марганца, теллура или меди. Напряжение, необходимое для возбуждения люминесценции, столь велико, что пробивание тонкого слоя фосфора неизбежно. Поэтому обычно конструкция включает в себя два слоя диэлектрика, изолирующих фосфор от прямого контакта с электродами. Прибегнув к нанесению толстого слоя диэлектрика, сотрудникам iFire удалось увеличить надежность, что позволило масштабировать IEL-технологию на дисплеи большого формата и повысить максимальную яркость.

В начале 1999 г. инженеры компании создали монохромный дисплей желтого свечения с феноменальной яркостью 15000 кд/м2. Еще четыре года назад они уже задавались вопросом полноцветных изображений, но сконструировать соответствующую панель оказалось не так просто. Проблематичным представлялся выбор адекватного материала, который позволил бы пикселам излучать чистый цвет. Как правило, в неорганических дисплеях, как и в LCD-панелях, цветности добиваются путем установки маски из цветных фильтров над светящимися пикселами. На первых порах ученые iFire поступили именно так - создав систему класса Color-by-White. В качестве светящегося элемента применялась смесь наиболее ярких неорганических фосфоров Zn:S и SrS:Ce, дающих излучение широкого спектра (говоря иначе, светящихся белым цветом).

На следующем этапе исследователям удалось изготовить матричную панель, в которой сочетались субпикселы, носители фосфоров двух типов: белого и голубого свечения. Это увеличило эффективность генерирования голубого цвета, что представляло серьезную проблему для неорганических дисплеев. Создать мозаичную структуру из неорганических фосфоров никому ранее не удавалось, так как эти материалы крайне чувствительны и неустойчивы. В связи с этим пришлось изобретать новый процесс изготовления. Сначала на подложку, на которой уже сформированы слой металла и толстая пленка диэлектрика, наносится один вид фосфора. Поверх него накладывается слой отрицательного фоторезиста (используются органические растворители, безопасные для фосфора), прикрывающий только нужные участки-субпикселы. Затем фосфор вымывается раствором соляной кислоты и метанола на участках, не прикрытых фоторезистом, после чего наносится еще один слой фосфора. Все лишние наслоения удаляются в ходе так называемого liftoff-процесса (обратная литография), когда ненужные участки покрытия отделяются путем растворения нижележащего слоя.

В том же 1999 г. благодаря успехам в разработке новых эффективных фосфоров и технологий нанесения мозаичных неорганических структур iFire удалось создать дисплей с яркостью в 4 раза выше, чем его предшественники. В 2001 г. компания продемонстрировала панель, соответствующую по качеству отображения цвета CRT-трубке. В ней использовались модифицированный фосфор зеленого свечения (SrS:Ce), новый фосфор голубого свечения (G2, основным компонентом которого является соединение BaAl2S4:Eu) и фильтры для имитации красного цвета. Увеличение насыщенности голубого цвета позволило сократить площади, занимаемые голубыми субпикселами в пользу зеленых, что привело к росту максимальной яркости изображения. На подходе патент на новый зеленый фосфор G3 - ключ, который, наконец, откроет возможность проектирования TDEL-панелей, на 100% отвечающих цветовым требованиям стандарта NTSC.

iFire наступает по всем фронтам, благо, ее разработка годится для очень широкого круга применений в дисплеях самого разного формата и назначения. TDEL-панели могут быть использованы и для широкоформатных телевизоров, и для миниатюрных экранов мобильных телефонов, не говоря уже о компьютерных и видеомониторах.

Наверх



VFD (Vacuum fluorescent displays)

VFD дисплейVFD — это малоэнергоемкие, эмиссионные устройства, используемые в 180 миллионах продуктов каждый год; это панели различного рода устройств включая панели видеомагнитофонов, электропечей и т.д.

Эта технология использует высокоэффективное фосфорное покрытие, нанесенное непосредственно на каждый прозрачный анод в области экрана. Однако эти модели имеют относительно низкое разрешение, т.к. размер матрицы ограничивается шириной точек фосфора. Поэтому ее используют в низкоинформационных приложениях. Эта технология широко о себе заявила так же и в такой области, как экраны объявлений, т.к. на таких мониторах изображение хорошо видно на ярком свету.

Наверх



iMoD (Interference Modulator) Matrix

В наши дни никак нельзя говорить о недостатке новых разработок в области дисплейных технологий. В качестве будущей альтернативы привычным жидким кристаллам предлагаются, к примеру, OLED и E-Ink. Но даже на их фоне решение от фирмы-новичка из Сан-Франциско Iridigm Display выглядит весьма необычно.

Идею своей дисплейной технологии специалисты Iridigm позаимствовали, что называется, у самой матушки-природы. Она заключается в том, чтобы формировать цветные изображения методом интерференции световых волн, точно так же, как это происходит, к примеру, в крыльях бабочки или перьях павлина. (К слову, возможно, вам приходилось слышать истории о попытках получения красок из павлиньих перьев путем их перетирания в порошок, предпринимавшихся несколько сотен лет назад и завершившихся полной неудачей, что немало озадачило тогдашних химиков).

Из сказанного выше сразу вытекает первое достоинство разработки Iridigm: поскольку она не предполагает использование каких-либо красителей, дисплеи на ее основе со временем не утратят свою яркость и цветовую насыщенность.

Устройство iMoDКлючевым элементом технологии, получившей название iMoD Matrix, является интерференционный модулятор (iMoD - Interference Modulator). Он представляет собой образец микроэлектромеханической системы (MEMS - Micro-Electro-Mechanical System) и состоит из полупрозрачной пленки на стеклянной подложке, способной частично отражать и частично пропускать свет, и гибкой металлической мембраны. Последняя может находиться в двух состояниях: в первом из них между ней и пленкой есть воздушный зазор, а во втором - нет. Переход из одного состояния в другое осуществляется за счет электростатического взаимодействия в результате приложения внешнего напряжения различной полярности, причем после его снятия мембрана остается в новой конфигурации.

Когда пленка и мембрана разделены воздушным зазором, световые волны, отразившиеся от пленки, интерферируют с волнами, прошедшими сквозь нее и затем отразившимися от мембраны, в результате чего "выделяется" излучение какого-нибудь определенного цвета (точно так же, как в хрестоматийном школьном примере с расплывшимся по воде бензиновым пятном). Если же зазор отсутствует, то никакой интерференции не происходит.

Варьируя величину зазора, можно получить три основных цвета: при наибольшей толщине воздушной прослойки - красный, при средней - зеленый и при наименьшей - синий.

Размеры одного интерференционного модулятора равняются всего десяткам микрон. Один пиксел в дисплее на основе iMoD Matrix состоит из трех субпикселов -- красного, зеленого и синего, каждый из которых образован несколькими рядами модуляторов. При этом управляющие схемы располагаются по краям дисплея.

К числу достоинств предлагаемого Iridigm решения, помимо хорошего качества изображения, специалисты относят и очень малый уровень энергопотребления, что, вероятно, в случае коммерческой реализации технологии должно сделать ее оптимальным выбором для разнообразных мобильных устройств.

Ещё лет пять назад, когда разработка Iridigm существовала на уровне схематических набросков, многие специалисты высказывали сомнения относительно ее перспектив (что-то вроде "не поверим, пока сами не увидим"). Кроме того, немало вопросов звучало по поводу возможности массового выпуска дисплеев на базе iMoD Matrix.

Однако весной 2002 года компания представила прототип устройства, в котором применяется указанная технология. Он имеет разрешение 240x160 RGB-пикселов и, как отмечает Iridigm, демонстрирует все ключевые преимущества iMoD Matrix, включая высокую яркость, широкий угол обзора, достаточно малую для качественного воспроизведения видео инерционность и сверхнизкий уровень энергопотребления.

Что касается вопросов производства, то здесь пока приходится довольствоваться заявлениями самой фирмы. А она утверждает: многие средства, процессы, материалы и компоненты, необходимые для изготовления устройств iMoD Matrix, применяются в настоящее время при выпуске ЖК-дисплеев, поэтому переход на новую технологию должен быть достаточно простым и недорогим.

Наверх