Новые технологии изготовления дисплеев

Прозрачные, гибкие и состоящие из органических материалов — дисплеи будущего подстраиваются под наши потребности. Некоторые устройства с новыми экранами доступны на рынке уже сегодня. Гибкие дисплеи от Plastic Logic имеют крайне малую толщину, и их можно сворачивать, как газету Наконец-то они появились — сверхтонкие телевизоры с OLED-дисплеями, уже не раз представленные публике в виде концептов или прототипов на специализированных выставках. Скорее всего, уже вскоре они станут доступны в наших магазинах. В первую очередь поражает не столько толщина этих устройств — от 4 до 8 мм, сколько их высокая стоимость: первые модели обойдутся владельцам приблизительно в 350 000 рублей. При этом  в отношении качества изображения, которое демонстрирует дисплей LED как таковой, можно утверждать, что оно совершило гигантский рывок вперед. А как только будет налажено массовое производство, дисплеи на основе органических светодиодов значительно подешевеют. В мобильных устройствах сегодня используются экраны нового поколения с HD-разрешением, в будущем эти гаджеты благодаря применению современных технологий станут еще тоньше. Электронные ридеры с цветными дисплеями E-Ink продаются в некоторых странах Азии уже сегодня. Пройдет лишь некоторое время, и они появятся по всему миру.

Решения будущего уже сегодня

Компании Samsung и LG представляют OLED-телевизоры огромных размеров, Sony делает ставку на цветные светодиоды. Также в скором времени появятся прозрачные OLED-дисплеи.

Телевизоры, выполненные по технологии Edge-LED (светодиодная боковая подсветка), как правило, демонстрируют низкую контрастность. Проблему решает технология Direct-LED, применяемая в устройствах премиум-класса. Панель белых светодиодов, расположенная позади ЖК-матрицы, равномерно подсвечивает ее по всей ширине экрана. Благодаря тому что данная технология позволяет отключать отдельные группы светодиодов, достигается более высокая контрастность в сравнении с подсветкой Edge-LED. Однако в этом направлении компания Sony опередила своих конкурентов, представив не так давно 55-дюймовый телевизор, дисплей которого выполнен технологии Crystal-LED. Точка изображения на экране данного телевизора формируется тремя пикселями, каждый из которых состоит из трех субпикселей — красного, зеленого и синего цветов. При разрешении Full HD количество составляет 6 220 800 штук. По информации компании, в сравнении с классическими ЖК-телевизорами это дает следующее преимущество: в 3,5 раза повышается контрастность изображения, в 1,4 раза — цветовой охват, а кроме того, обеспечиваются большие углы обзора и мгновенное время отклика.

Более высокую энергоэффективность и контрастность сулят телевизоры с OLED-дисплеями, которые используют органические светодиоды: им не требуется фоновая подсветка, так как они сами являются источником света. Компании Samsung и LG уже представили первые 55-дюймовые прототипы. Корейские инженеры утверждают, что справились с присущими OLED-технологии проблемами, которые заключаются в искажениях цветопередачи и непродолжительном сроке службы.

Прозрачные дисплеи

Среди всех производителей пока только компания Samsung наладила выпуск телевизора, который в выключенном состоянии прозрачен, как стекло. Прозрачность дисплея достигается за счет применения традиционной ЖК-матрицы и TOLED-технологии (прозрачные органические светодиоды). Устройство позволяет отображать на экране видео, приложения и виджеты. Разрешение 46-дюймового дисплея составляет 1680х1050 точек, контрастность, согласно заявлениям инженеров, — 500:1. В телевизоре имеется блок сенсорного управления, благодаря которому взаимодействовать с приложениями можно касаниями пальцев. Источником света служит окружающее пространство, при необходимости включаются боковые светодиоды. Замечательно также и то, что с помощью специального приложения телевизор можно затемнять. Если потянуть виртуальный шнур, пластины виртуальных жалюзи закроются, и прозрачность исчезнет.

Smart Window LTI460AP01 от Samsung является интересным сочетанием сенсорной панели и прозрачного ЖК-дисплея. При этом, как видно на фотографии ниже, отображаемые объекты практически «парят» в воздухе.

  Смартфоны: сверхчеткие дисплеи

Четкие и тонкие — современные технологии изготовления экранов формируют новое поколение легких и компактных мобильных устройств.

Смартфоны Galaxy от Samsung прославились качественными AMOLED-дисплеями. Новое поколение устройств от Samsung — в частности, модель Galaxy Note 2 — использует эту же проверенную технологию, дополненную активной матрицей PenTile. В отличие от традиционных LED-дисплеeв, ее субпиксели имеют различные размеры и различное расположение. В то время как LED-экраны на каждый пиксель используют по одному красному, зеленому и синему субпикселю, в технологии PenTile на один пиксель приходится два зеленых, один красный и один синий субпиксель. По данным компании Samsung, дисплеи PenTile потребляют меньше энергии и более долговечны. К тому же такая технология позволяет изготавливать небольшие AMOLED-экраны с HD-разрешением.

  Совсем иным путем идет компания Apple: если до настоящего момента дисплей и сенсорная панель в линейке смартфонов iPhone размещались друг над другом, подобно сэндвичу, то теперь сенсорные датчики напрямую связаны с ЖК-экраном. Такой подход был впервые реализован в iPhone 5. Благодаря этому уменьшается толщина дисплея, а вместе с тем и самого устройства. В результате у iPhone 5 она составляет 7,6 мм, тогда как у его предшественника iPhone 4S с дисплеем предыдущего поколения — 9,3 мм. Аналитик компании DisplaySearch Хироши Хаясе указывает, что новая технология также позволяет добиться более широких углов обзора, так как экран расположен ближе к поверхности. Для этого Apple использует технологию in-cell, разработанную концернами Sharp, LG Display и Japan Display.

  Сенсорная панель и дисплей как единое целое. Компания Apple использует в смартфоне iPhone 5 технологию in-cell, которая предусматривает размещение сенсорных датчиков непосредственно в дисплее. Помимо меньшей толщины это решение имеет еще одно преимущество: дисплей расположен непосредственно за защитным стеклом, что увеличивает углы обзора.

Технологии TFT и OLED в сравнении

Дисплей Retina (1) в iPhone 4/4S/5 на фоне дисплеев других смартфонов (2) обладает более высокой плотностью пикселей. В матрице PenTile (3) модели Galaxy S3 на каждый пиксель приходится два субпикселя (зеленый/красный или зеленый/синий), вследствие чего по резкости она лишь незначительно уступает дисплею на основе технологии Retina (4).

  Цветные экраны E-Ink

До недавнего времени в электронных ридерах использовались только черно-белые E-Ink-экраны. Технология Mirasol, благодаря которой появились цветные, работающие по рефлективному принципу iMod-дисплеи, изменила ситуацию к лучшему. В ее основе лежит идея формирования цветного изображения методом интерференции световых волн. Каждый пиксель iMod-дисплея представлен интерференционным модулятором, который состоит из двух элементов — полупрозрачной пленки на стеклянной подложке и расположенной под ней отражающей мембраны. В зависимости от напряжения пиксель переходит в открытое или закрытое состояние, и между пленкой и мембраной образуется небольшой зазор. Далее свет, отраженный от мембраны, проходит через пленку, и пиксель начинает гореть красным, синим или зеленым. Черный цвет пикселя формируется при закрытом состоянии. Основным преимуществом iMod-дисплеев является то, что они практически не требуют подсветки, максимально используя внешние источники. Подсветка необходима только в условиях низкой освещенности или ее полного отсутствия.

Микромеханические элементы для цветных дисплеев E-Ink

В некоторых электронных ридерах цветной экран реализован на основе микроэлектромеханических систем. Kyobo был первым таким устройством, также доступны «читалки» от Hanvon и Bambook, но только в странах Азии. Когда дисплеи Mirasol появятся в нашей стране, остается неясным.

Исследовательские проекты

Электронные газеты, очки дополненной реальности, проекция изображения на стекле автомобиля — все это дисплеи ближайшего будущего.

Британская компания Plastic Logic, которая специализируется на органической электронике, производимой на основе искусственных материалов, разработала технологию изготовления гибких дисплеев. При ее применении массив тонкопленочных транзисторов наносится с помощью лазера и фотохимических процессов на полимерную основу и соединяется со слоем электронных чернил. Гибкость дисплеев ограничивают только расположенные по краям управляющие и мультиплексорные чипы на основе кремния. Прототипы на базе гибких органических компонентов доступны уже сегодня. В настоящее время компания Plastic Logic производит 10,7-дюймовые дисплеи с разрешением 1280х960 точек и плотностью 150 ppi (пикселей на дюйм). Электронная бумага обладает высокой гибкостью, и ее можно свернуть, как газету. Наряду с монохромными Plastic Logic производит и цветные дисплеи. Для этого поверх субпикселей серого цвета накладываются цветные пленки собственной разработки с красными, зелеными, синими и белыми субпикселями. Количество возможных цветов достигает в настоящее время 4096.

  Компания Plastic Logic создала гибкий дисплей, основой которого является массив тонкопленочных транзисторов собственной разработки вместе со слоем электронных чернил. Оба компонента изготовлены из пластика, поэтому они обладают высокой гибкостью. Массив из цветных светофильтров обеспечивает возможность воспроизведения цветного изображения.

Тенденции и перспективы

Сегодня компания Google работает над проектом Project Glass, в рамках которого разрабатываются очки дополненной реальности, выводящие текстовые и графические данные на экран непосредственно перед глазами пользователя. Скромных размеров устройство оснащено процессором, памятью, камерой, микрофоном, гироскопом, компасом, а также GPS-, WLAN- и Bluetooth-модулями. Благодаря хорошо отлаженной функции голосового управления в долгосрочной перспективе очки вполне способны заменить собой смартфоны. Кроме того, стоит отметить системы отображения данных на лобовом стекле автомобиля, которые пока не смогли получить в автопромышленности широкого распространения. Данную ситуацию намерена изменить компания Pioneer: в то время как традиционные проекционные системы используют ЖК-дисплей и яркий источник света, в решении от Pioneer под названием Carrozzeria Cyber Navi AR ставка сделана на лазерную технологию. Эта система направляет лазерные лучи красного, зеленого и синего цветов на крохотное управляемое зеркало, которое формирует изображение. Путем увеличения или уменьшения интенсивности лазера можно изменять цвет и яркость каждого пикселя. Самое интересное — это то, что плоскость изображения (размером 90х30 см) находится на расстоянии приблизительно трех метров от глаз водителя. Благодаря этому создается ощущение, что оно парит в воздухе перед автомобилем. Таким образом, глазам водителя не нужно перефокусироваться с дальнего на ближнее расстояние, чтобы считать информацию с дисплея.