Звезды
Читайте сейчас
Гонки на выбывание. О прогрессе в сфере дисплейных технологий
0
Гонки на выбывание. О прогрессе в сфере дисплейных технологий

Прогресс в сфере дисплейных технологий идет невероятными темпами. Каких-то семь месяцев назад один из авторов этой статьи купил новейшую модель ЖК-телевизора с 32-дюймовым экраном, которая в каталоге 2008 года преподносилась как суперновинка. Каково же было наше изумление, когда в начале нынешнего лета она была объявлена «устаревшей» и уценена на 30%! Место бывшего фаворита занял телевизор из новой серии сезона «лето — осень 2008 года». Иначе говоря, обновление модельного ряда происходит уже каждые полгода.

Но самое интересное, что новая модель действительно имеет радикально улучшенные характеристики. Например, в ней установлена матрица Full HDTV, тогда как предыдущая была лишь HD-ready. Заметная разница! А на подходе уже и вовсе принципиально новые технологии, в т.ч. и на основе органических светодиодов OLED. Первая модель такого телевизора XEL-1 поступила в продажу в Японии еще в конце прошлого года и сделала сенсацию на московском «HDI Show 2008». Как видите, ситуация развивается буквально на наших глазах, и самое время посмотреть, что же все-таки происходит.

БИОТЕЛЕВИЗОРЫ XXI ВЕКА

Гонки на выбывание. О прогрессе в сфере дисплейных технологий

Если рассматривать долгосрочную перспективу, то активно-матричные органические дисплеи (active-matrix OLED — AMOLED) имеют, пожалуй, лучшие шансы стать первыми кандидатами на внедрение в телевизорах следующего поколения. И прежде всего благодаря великолепным техническим характеристикам:

  • выдающиеся значения контрастности;
  • более широкий диапазон воспроизводимых цветов;
  • отсутствие направленности излучения (угол зрения практически 180 град. по вертикали и горизонтали);
  • мгновенный отклик на управляющий сигнал.

Принцип действия прост до смешного: для получения изображения требуется только пленка из особого органического вещества, способного светиться при подведении к нему управляющего напряжения. Поэтому такие вещества (polyphenylene-vinylene — PPV и Cyan-PPV) и получили название «органических светодиодов» OLED (Organic Light-Emitting Diode). Подобно обычному светодиоду яркость свечения OLED пропорциональна протекающему через него току. Поэтому для получения дисплея надо всего лишь нанести пленку органических светодиодов на поверхность матрицы из электродов — строчных и вертикальных. Хотите получить цветное изображение? Нет ничего проще — возьмите три диода, излучающих первичные цвета, нанесите их в соответствующие места активной матрицы подложки, управляющие пикселями R, G и B, и цветной дисплей готов!

Однако, как оказалось, принципиальная простота идеи отнюдь не означает, что ее так же легко воплотить в жизнь. Поэтому долгие годы разработать готовую к серийному производству и при этом коммерчески выгодную матрицу никому не удавалось. Тем не менее в надежде на будущие сверхприбыли работы по созданию OLED-телевизоров проводятся в лабораториях многих крупных компаний.

Сегодня мы будем говорить именно о телевизорах, поскольку малоформатные дисплеи для фотоаппаратов, сотовых телефонов и других гаджетов серийно выпускаются уже несколько лет.

В настоящее время больше всех на этом поприще преуспели компании Sony и Samsung. Причем первой успеха добилась именно Sony, показавшая «живой» прототип 13-дюймового OLED-телевизора в 2001 году, чем сделала серьезную заявку на мировое лидерство в этой технологии. Пример Sony вдохновил ее конкурентов, которые с удвоенной энергией приступили к созданию больших OLED-экранов. Результаты не заставили себя ждать — на выставке «CeBIT 2008» Samsung показал действующий прототип 31-дюймового OLED-телевизора.

На сайте http://www.mobiledevice.ru (http://www.mobiledevice.ru) вы можете найти интервью вице-президента по маркетингу подразделения Samsung SDI Ву-Джон Ли (Woo-Jong Lee). Он заявил, что все необходимые условия для производства средних и крупноформатных OLED-панелей, на базе которых начнется массовый выпуск ноутбуков, мониторов и телевизоров, в компании Samsung будут созданы в 2009 и 2010 годах. По словам г-на Ли, ожидаемые объемы производства OLED-панелей составят 3 млн. шт. в 2009 году и 6 млн. в 2010-м. Это позволит компании сразу установить на новую продукцию предельно низкие цены, что, несомненно, делает технологию очень конкурентоспособной.

Однако Sony, имевшая солидный отрыв по времени, продолжает лидировать в этой гонке. В конце 2007 года она вышла на японский рынок с 11-дюймовым телевизором XEL-1, имеющим разрешение 960×540 пикселей. И хотя стартовая цена в $2500 может показаться чересчур высокой, факт остается фактом: первый в мире серийный OLED-телевизор уже поступил в продажу.

Так как же Sony удалось совершить этот технологический прорыв?

ЛАЗЕРОМ ПО КРЕМНИЮ

Основой телевизора XEL-1 является 11-дюймовый AMOLED-видеомодуль. Он изготовлен совместным предприятием Sony и Toyota Industries, которое называется ST Liquid Crystal Display. По словам его создателей, серийное производство было бы невозможным без решения трех главных задач:

  • формирование активной TFT-матрицы на подложке дисплея;
  • нанесение слоя OLED на подложку большого размера;
  • увеличение времени жизни OLED и снижение энергопотребления дисплея.

Первый коммерческий OLED-телевизор Sony XEL-1 имеет 11-дюймовый экран толщиной всего три миллиметра
Первый коммерческий OLED-телевизор Sony XEL-1 имеет 11-дюймовый экран толщиной всего три миллиметра
Гонки на выбывание. О прогрессе в сфере дисплейных технологий
Панель без задней крышки
Панель без задней крышки

Рассказ о том, как инженерам Sony удалось их решить, начнем с того, что имеющиеся сегодня технологии создания активной ЖК-матрицы непригодны для OLED. Там тонкопленочный транзистор (TFT) меняет степень поляризации ЖК-ячейки, для чего не требуется большой мощности, ведь световой поток обеспечивается лампами подсветки, на которые и приходится львиная доля потребляемой электроэнергии. Жидкие же кристаллы лишь модулируют яркость этого потока. Совсем другое дело OLED — здесь от ячейки нужен гораздо больший ток, поскольку источником света являются сами светодиоды. При этом яркость свечения прямо пропорциональна протекающему току, и для получения качественного изображения крайне важно обеспечить линейную зависимость этого тока от управляющего напряжения. Вот здесь разработчиков OLED и поджидала первая «засада», т.к. при использовании TFT это оказалось невозможным из-за относительно низкой подвижности электронов в низкотемпературном аморфном кремнии. Выход из положения был найден, а точнее, новая разновидность микрокристаллического кремния ?-Si, незаурядные качества которого позволили добиться необходимой зависимости «ток/напряжение». Сформировать такие транзисторы удалось путем сканирования кремниевой подложки дисплея мощным полупроводниковым лазером с длиной волны 800 нм. Именно этот процесс стал одним из ключевых ноу-хау Sony и даже получил фирменное название dLTA (diode Laser Thermal Annealing).

Теперь на эту матрицу нужно с высокой точностью нанести пленку органических светодиодов. При изготовлении дисплеев небольшого размера применяется вакуумное осаждение активного органического вещества первичных цветов с помощью металлических масок — шаблонов. К сожалению, эта технология неприменима для активных матриц, нанесенных на огромное «материнское» стекло — а именно так сейчас делаются все видеомодули — поскольку изготовить с высокой точностью теневую маску таких размеров практически нереально. Однако цветное изображение можно получить и другим способом: использовать OLED белого свечения, а разные цвета сформировать с помощью светофильтров, пропускающих только «свою» часть спектра. Конечно, часть светового потока в них неизбежно теряется, но это весьма умеренная плата за упрощение процесса — нанесение цветных светофильтров на большие поверхности давно применяется при производстве больших ЖК-панелей. Для уменьшения световых потерь Sony разработала уникальную технологию W+CF (White+Color Filters), позволяющую максимально использовать излучение пикселей. В качестве альтернативного решения компания Eastman Kodak Co. предложила наряду с OLED-пикселями первичных цветов RGB использовать и белые (W+CF RGB). В результате резко повышается КПД дисплея, поскольку в белом излучении потерь нет.

Как известно, первоначально для нанесения OLED на подложку была предложена струйная печать и даже выпущены первые принтеры, но сегодня наиболее широко применяется метод LITI (Laser-Induced Thermal Imaging), разработанный компанией 3M. «Плодотворная дебютная идея» заключается в разбивке процесса на две стадии:

  • формирование будущего рисунка из OLED-вещества на специальной пленке-подложке;
  • перенос рисунка лучом лазера с пленки на активную матрицу AMOLED.

По качеству такие матрицы сравнимы с изготовленными с помощью теневых масок, но их размер ничем не ограничен, поскольку лазерные головки перемещаются вдоль заготовки подобно печатающему узлу планшетного плоттера. Достоинство метода — то, что оригинал рисунка можно использовать многократного (что удешевляет производство), а недостаток — высокие требования к чистоте поверхности матрицы AMOLED и подложки.

Таким образом, лазерные технологии стали ключевыми в создании органического дисплея Sony. Они требуют высоких затрат, и немудрено, что первенец Sony XEL-1 так дорог. Тем не менее он уже продается, а значит, органические телевизионные дисплеи стали реальностью.

СКОРОСТЬ — ЕЩЕ НЕ ВСЕ

Гонки на выбывание. О прогрессе в сфере дисплейных технологий
Плазменный телевизор Samsung PS-50A470P1 и ЖК-очки, управляемые инфракрасными импульсами
Плазменный телевизор Samsung PS-50A470P1 и ЖК-очки, управляемые инфракрасными импульсами
Если смотреть на экран без очков, картинка будет выглядеть так
Если смотреть на экран без очков, картинка будет выглядеть так

Несмотря на многообещающий дебют органических дисплеев, погоду на рынке плоских телевизоров по-прежнему делают LCD, которые безраздельно господствуют в сегменте диагоналей до 42 дюймов. И только в «тяжёлом» весе 50 — 60-дюймовые удерживают ранее завоеванные позиции, но даже здесь их будущее отнюдь не безоблачно, поскольку «жидкие кристаллы» постоянно совершенствуются.

К сегодняшнему дню конструкторам ЖК-телевизоров удалось полностью избавить их от такого, казалось бы, неизлечимого недуга, как инерционность переключения ячеек. Действительно, первые LCD-аппараты на кристаллах TN (Twisted nematic), закручивавшихся в спираль под воздействием управляющего сигнала, имели время отклика 20 мс и даже более, что проявлялось в виде шлейфов и «тянучек» за быстро перемещающимися объектами. При этом вследствие анизотропии «спирали» TN-кристаллов дисплеи имели еще и высокую направленность излучения (т.е. не обеспечивали широких углов просмотра). Дело пошло на поправку с применением матриц нового типа VA (vertical alignment), в которых кристаллы под действием электрического поля не закручивались в спираль, а выстраивались либо вдоль, либо поперек силовых линий электрического поля. Максимальный «разгон» ячеек стал возможен с переходом на матрицы IPS (In Plane switching), кристаллы которых под действием управляющего поля вращаются в плоскости, параллельной экрану. Мало того, что это позволило уменьшить время переключения до 4 — 6 мс, при этом еще удалось почти устранить поляризацию выходящего света. В результате угол зрения современных LCD достигает 176 градусов и более, благодаря чему технология IPS получила всеобщее признание. Так что, идеал достигнут?

Отнюдь нет, поскольку решение одной проблемы (повышение быстродействия ячеек) породило другие. Шлейфы за быстро движущимися объектами исчезли, однако картинка все равно была далека от идеала. И эксперты, и неискушенные зрители отмечали искусственность изображения на ЖК-экране, которое, несмотря на все усилия конструкторов, выглядело, как компьютерная графика. Иными словами, значительно уступало плазменным и кинескопным телевизорам. Исследования показали, что применение «быстрых» матриц создает стробоскопический эффект из-за того, что «кадровая развертка» в LCD происходит за счет мгновенной замены одного полного кадра другим. В плазменных и кинескопных телевизорах подобный эффект незаметен благодаря послесвечению люминофоров, которое его в значительной степени маскирует. Конструкторы зашли в тупик, но довольно быстро выбрались из него. Выяснилось, что при увеличении частоты кадров до 100 (PAL) или 120 (NTSC) Гц глаз не замечает их смены, и субъективно качество изображения на «быстрых» дисплеях существенно улучшается. Если еще увеличить частоту смены полей (например, до 240 Гц), то картинка станет еще лучше. Благо «быстрые» жидкие кристаллы со временем переключения 2 — 4 мс вполне позволяют организовать подобную скоростную развертку.

Имеющиеся на рынке 3D-релизы рассчитаны в основном на детей и подростков
Имеющиеся на рынке 3D-релизы рассчитаны в основном на детей и подростков
Гонки на выбывание. О прогрессе в сфере дисплейных технологий
Гонки на выбывание. О прогрессе в сфере дисплейных технологий

ГЛУБИНА РЕЗКОСТИ

После внедрения цветного телевидения следующим принципиальным шагом стал переход на вещание с высокой четкостью (ТВЧ, или HDTV). Вполне возможно, что в обозримом будущем на смену ему придут трехмерные видеосистемы. По крайней мере, начало этому положено — на рынке появился стереоскопический плазменный телевизор Samsung PS50A470P1, в комплект которого входят специальные «стереоочки». Принцип действия здесь примерно тот же, что и в кинотеатрах IMAX: на экран последовательно выводятся изображения для левого и правого глаз, а LCD-матрицы в очках по излучаемому ИК-синхросигналу поочередно перекрывают зрителю поле зрения левого и правого глаз, показывая им только «свое» изображение. Таким образом, при просмотре специально подготовленных видеопрограмм мы можем наслаждаться трехмерной виртуальной реальностью. Уже появились в продаже стереоскопические киношедевры «Spy Kids-3. Game Over», «Night of Living Dead», «Shrek», «Deep Sea», «The North Pole» и несколько компьютерных игр. Примечательно, что очень похожий комплект видеомагнитофонов, в котором были стереоочки и устройство управления, продавался на московской «Горбушке» лет 15 назад. Тогда также можно было купить порядка 10 видеокассет со специальными видеопрограммами, но наибольшей популярностью пользовалась «объемная Камасутра». Частота смены кадров была 50 Гц, соответственно, на каждый глаз приходилось 25 Гц, поэтому картинка сильно мерцала и быстро утомляла зрителей. К тому же и яркость изображения снижалась вдвое. Одним словом, на том витке развития домашних развлечений объемное кино, скажем мягко, не получило широкого признания. Нынешний ренессанс «стерео ТV» стал возможен благодаря применению PDP-телевизора с прогрессивной разверткой, значительно снижающей заметность мерцаний. Кроме того, в качестве источника видеосигнала уже предлагается не видеомагнитофон, а мультимедийный компьютер, способный не только воспроизводить 3D DVD, но и преобразовывать с помощью специального ПО «в третье измерение» обычные видеопрограммы.

Несмотря на все достоинства, у таких телевизоров есть очевидный недостаток — необходимость надевать очки. Разработчики это прекрасно понимают и продолжают искать альтернативные способы получения трехмерной картинки. Один из них — использование растровой поверхности экрана, позволяющей зрителю наблюдать два раздельных изображения для левого и правого глаз. В этом направлении активно работает Philips — компания уже несколько лет с неизменным успехом демонстрирует 3D LCD-телевизоры на выставке IFA в Берлине.

Очень оригинальную идею предложили инженеры подразделения Hitachi Displays. Как и все гениальное, идея прекрасна в своей простоте: чтобы изготовить «объемный» дисплей, нужно взять две ЖК-панели и склеить их наподобие бутерброда. Теперь, если подсветить этот пакет стандартной лампой CCFL, благодаря параллаксу зритель увидит объемную картинку, состоящую из изображений переднего и заднего планов. Примерно как в стереоскопических открытках, в которые вклеены прозрачные вставки с цветными изображениями. И хотя эффект объемного изображения в 3D-дисплее Hitachi Displays, конечно, не тот, что в растровом 3D-телевизоре Philips, его можно смотреть долго не утомляясь.

По материалам отечественной и зарубежной печати: «Display Devices», «JEI», а также сайтов http://www.mobiledevice.ru (http://www.mobiledevice.ru) и http://eetimes.eu (http://eetimes.eu)

Гонки на выбывание. О прогрессе в сфере дисплейных технологий
9-дюймовый стереоскопический ЖК-телевизор Hitachi с разрешением 800x480 и принцип его работы
9-дюймовый стереоскопический ЖК-телевизор Hitachi с разрешением 800×480 и принцип его работы

Гонки на выбывание. О прогрессе в сфере дисплейных технологий
В телевизоре Philips 20-3D2C01 используется технология WOWvx и трехмерный дисплей 3D 4YOU. Сейчас компания выпускает уже 28-дюймовую модель с объемным изображением