Технологии плоских дисплеев

Андрей Борзенко

Эксперты прогнозируют, что буквально через несколько лет устройства отображения на базе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) займут свое почетное место в музее истории техники. На смену им придут так называемые плоские дисплеи (Flat Panel Display, FPD). Для создания плоских дисплеев используются различные технологии, однако более половины рынка FPD занимают жидкокристаллические экраны с активной матрицей (Active-Matrix Liquid Crystal Display, AM-LCD). Принцип их работы хорошо известен. Под действием электрического поля молекулы жидких кристаллов меняют плоскость поляризации проходящего через них света. Иными словами, LCD-ячейка отражает или не отражает свет.

Устойчиво доминируют подобные устройства и на компьютерном рынке. В течение нескольких ближайших лет эта тенденция, видимо, сохранится.

Жидкокристаллические мониторы

По оценкам фирмы Display Research, в III квартале 1998 г. было продано около 50 тыс. LCD-мониторов (напомним, что объем рынка ЭЛТ-устройств оценивается в 80 - 85 млн. единиц). Наиболее популярными считаются 15-дюймовые мониторы - 39% рынка, за ними следуют 14-дюймовые - 26%, а высококачественные 16-дюймовые занимают только 10%. До настоящего времени наиболее существенным недостатком AM-LCD-устройств остается их высокая цена. Но ситуация меняется буквально на глазах. Вот, например, как снижалась стоимость 15-дюймовой модели VPA150 корпорации ViewSonic (www.viewsonic.com): в начале прошлого года - $2200, весной - $1500, в начале осени - $1200. Сейчас некоторые 15-дюймовые мониторы стали дешевле $1000. Так, рекомендованная розничная цена 15-дюймового мультимедийного монитора PanaFlat LCD50s компании Panasonic Computer Peripheral (www.panasonic.com) составляет $999. Он снабжен портом USB и встроенными одноваттными стереодинамиками. Экран обеспечивает яркость не менее 250 нит при контрасте 200:1. Угол обзора - 140 градусов.

Будущее за плоскими дисплеями

Ситуация с ценами должна измениться радикальным образом в начале 2000 г., когда на Тайване на полную мощность заработают несколько новых заводов по производству LCD.

На выставке COMDEX’98 практически все ведущие производители экранов и мониторов представили новые продукты, основанные на AM-LCD. Особый интерес вызвали 18-дюймовые устройства, например, компаний Acer (www.acer.com), Eizo (www.eizo.com), NEC (www.nec.com), Nokia (www.nokia.com) и др. Отметим, что экран 18-дюймового LCD-монитора соответствует видимой области 21-дюймового устройства с ЭЛТ. Так, 18,1-дюймовая модель 800Xi корпорации Nokia (www.nokia.com) позволяет получить яркость не менее 250 нит при контрасте 200:1. Угол обзора у нее составляет 170 градусов. Цены при этом варьируются в довольно широких пределах: от 2500 долл. у Acer до $3600 у NEC.

Корпорация Samsung Electronics (www.samsungelectronics.com) представила на COMDEX’98 улучшенные версии 15- и 17-дюймовых мультимедийных мониторов SyncMaster. При толщине всего в 2,5 дюйма и контрасте 150:1 они обеспечивают яркость 200 нит и угол обзора 120 градусов. Данные устройства позволяют масштабировать изображение на экране с коэффициентами 2, 4 и 8. Весной ожидается появление мониторов с размером экрана 18 и более дюймов.

А вот корпорация Compaq (www.compaq.com) продемонстрировала 15-дюймовую LCD-модель с цифровым интерфейсом, удовлетворяющим спецификации VESA. Эта продукция будет предлагаться в составе домашних компьютеров Presario.

Дальнейшее развитие LCD связывают с повышением четкости и яркости изображения, увеличением угла обзора и уменьшением толщины экрана. Так, на стенде корпорации Toshiba (www.toshiba.com) можно было увидеть новый LCD-монитор, при изготовлении которого использовался поликристаллический кремний. Эта технология позволяет размещать микросхемы управления непосредственно на стеклянной подложке дисплея и в результате создавать очень тонкие устройства. Кроме того, обеспечивается высокая разрешающая способность на сравнительно небольшом по размеру экране. Так, на 10,4-дюймовом AM-LCD достигается разрешение 1024х768 точек.

Жидкокристаллический дисплей Panasonic LC90S

Между прочим, максимальные размеры LCD-экранов, которые целесообразно выпускать промышленным способом, не превышают 20 дюймов (хотя корпорация Sharp, www.sharp.co.jp, в свое время показала 40-дюймовый LCD-монитор с экраном, полученным путем соединения двух 29-дюймовых панелей). Дело в том, что буквально год назад выход годных 10,4-дюймовых экранов составлял всего 60 - 70%, и фирмы ставили перед собой цель достичь показателя 80 - 85%. Заметим, что с увеличением размеров экрана увеличивается и процент брака.

Плазменные дисплеи

Традиционно на рынке больших экранов (20 дюймов и выше) преобладают так называемые плазменные дисплеи (Plasma Display Panel, PDP). Исследования и разработки в этой области начались еще в начале 60-х годов. Стоит напомнить, что монохромные PDP-экраны использовались даже в некоторых переносных компьютерах. Цветные PDP-дисплеи сегодня выпускают такие компании, как Panasonic, Mitsubishi, Pioneer, NEC. Лидером в данном секторе рынка заслуженно считается корпорация Fujitsu (www.fujitsu.com). Для повышения качества изображения и уменьшения цены ею, в частности, разработана специальная технология Alternate Lighting of Surfaces (ALiS). Это позволило повысить яркость PDP-экранов до 500 нит, контраст - до 400:1, а угол обзора - до 160 градусов. Готовые PDP-панели Fujitsu используют корпорации Grundig и Philips для создания домашних театров.

PDP-устройства во многом напоминают двухэлектродную вакуумную трубку. Инертный газ (аргон или неон) ионизируется между двумя прозрачными электродами. Электрически заряженный газ (плазма) дает ультрафиолетовое излучение, которое возбуждает капельки фосфора. Последние и излучают видимый свет.

PDP-дисплей Panasonic PT-42P

Цветные PDP-устройства хорошо подходят для создания цифровых телевизоров высокой четкости, однако цена их еще довольно высока: 42-дюймовый дисплей стоит 8 - 15 тыс. долл.

Довольно интересный симбиоз жидкокристаллической и плазменной технологий реализовала компания Tektronix (www.tek.com). Она предложила использовать плазму для управления строками и столбцами LCD-экрана. Впоследствии лицензию на эту технологию приобрела корпорация Sony (www.sony.com), которая в содружестве с фирмой Sharp должна была начать производство подобных устройств. По отзывам специалистов Sony, новый подход позволяет создавать дисплеи с малым временем отклика, хорошей яркостью и высокой разрешающей способностью.

DLP-устройства

Дисплеи, созданные на основе технологии Digital Light Processing (DLP), разработанной компанией Texas Instruments (www.ti.com), особенно широко используются в военном деле: экраны для шлемов, кабин самолетов, командных центров и т. п. В основе DLP-технологии лежит DMD-ячейка (Digital Micromirror Device). По сути это структура, состоящая из ячейки статической памяти и микроскопического алюминиевого зеркальца, которое может поворачиваться в две стороны на угол 10 градусов. В зависимости от своего положения зеркало отражает или не отражает свет от внешнего источника, результат проецируется на большой экран.

FED-устройства

Много внимания некоторые фирмы сейчас стали уделять созданию дисплеев на базе автоэлектронной эмиссии (Field Emisson Display, FED). В отличие от LCD- и DMD-экранов, работающих с отраженным светом, FED-панели сами генерируют свет, что роднит их с ЭЛТ и плазменными дисплеями. Однако в отличие от ЭЛТ, имеющих всего три электронные пушки, в FED-устройствах каждому пикселу предназначен свой электрод, благодаря чему толщина панели не превышает нескольких миллиметров. Пикселы управляются напрямую, как в AM-LCD.

Над созданием FED-мониторов в настоящее время работают несколько крупных компаний: PixTech (www.pixtech.com), Candescent Technologies (www.candescent.com), Motorola (www.motorola.com), Raytheon (www.raytheon.com).

PixTech уже выпускает цветные 8,5- и 15-дюймовые FED-панели с разрешающей способностью VGA-монитора и углом обзора 160 градусов.

Корпорация Candescent Technologies ускоренными темпами ведет подготовку производства, причем называет свою технологию FED-устройств ThinCRT (“тонкая” ЭЛТ). Инвесторами корпорации являются такие компании, как Hewlett-Packard, Sony и Compaq. Одна из проблем, с которой сталкиваются производители FED-панелей, состоит в том, что между двумя пластинами стекла, разделенными узкой щелью, должно создаваться разрежение (т. е. откачан воздух). Но в таком случае пластины начинают притягиваться друг к другу, а этого необходимо избежать. Новая технология Candescent Technologies защищена как минимум тремя десятками патентов. Производственные мощности компании позволят к 2001 г. произвести около миллиона 14,1-дюймовых FED-экранов.

Фирма Motorola реализует практически не афишируемый в прессе проект, в соответствии с которым она полностью переоснастила свой завод в Аризоне (США), ориентировав его на производство FED-устройств. Первая продукция должна появиться уже в начале следующего года.

Электролюминесцентные дисплеи

Менее интенсивно развивается производство плоских дисплеев, основанных на электролюминесцентной (ElectroLuminescent, EL) технологии. О том, что некоторые вещества (например, сульфид цинка) при прохождении через них тока приобретают способность излучать видимый свет, известно еще с 1937 г. Однако практическое применение в изготовлении плоских дисплеев этот эффект получил спустя почти 50 лет, когда появились тонкопленочные EL-материалы. По мнению ряда специалистов, EL-дисплеи имеют ряд преимуществ перед LCD- и даже FED-устройствами. Это касается как разрешающей способности, так и контраста, угла обзора и даже энергопотребления. Тем не менее ведущий производитель EL-панелей компания Planar Systems (www.planar.com) свою продукцию пока поставляет преимущественно для различного медицинского оборудования.

LEP-дисплеи

Недавно появилось сообщение, что британская компания Cambridge Display Technology (CDT), которая плотно сотрудничает с японской корпорацией Seiko-Epson, продемонстрировала монохромный дисплей с разрешающей способностью 800х236 точек на основе светоизлучающей полимерной пленки (Light-Emitting Polymer, LEP). Каждым пикселом в LEP-дисплее, как и в AM-LCD, управляет тонкопленочный транзистор. Для нанесения полимерного слоя на транзисторную матрицу использовался струйный метод печати Epson. В начале следующего года CDT обещает выпустить цветной LEP-дисплей.

В таблице приведены технические характеристики LCD-мониторов, предлагаемых на российском рынке.

Жидкокристаллические мониторы на российском рынке