oldi

Электронные дисплеи: тенденции и новинки SID 2009

Сергей Асмаков

ЖК-дисплеи

OLED

Электронные чернила

Пикопроекторы

Сенсорные дисплеи

Electronic Skins

 

С 31 мая по 5 июня в Сан-Антонио (Техас, США) проходил международный форум Society for Information Display Week 2009 (SID 2009), объединивший сразу три мероприятия — симпозиум, семинар и выставку. В этом обзоре мы собрали информацию о наиболее интересных новинках в области технологий электронных дисплеев, представленных участниками форума.

ЖК-дисплеи

Дисплеи на базе ЖК-технологии по-прежнему являются наиболее распространенным решением в сфере компьютерных мониторов, ноутбуков, мобильных телефонов и прочих портативных электронных устройств. Несмотря на довольно солидный (по меркам компьютерных технологий) возраст ЖК-дисплеев, разработчикам удается постоянно находить всё новые и новые способы улучшения их характеристик. Это является убедительным подтверждением того, что у ЖК-технологии еще есть потенциал для дальнейшего развития и ее пока рано списывать со счетов. Даже несмотря на значительный прогресс конкурирующих решений — в первую очередь, конечно же, OLED.

Одна из основных тенденций, отчетливо прослеживаемых на рынке ЖК-панелей в последнее время, — это переход к использованию светодиодных модулей подсветки, которые постепенно заменяют люминесцентные лампы с холодным катодом. Светодиодные модули более компактные и экономичные по сравнению с аналогичными узлами на базе люминесцентных ламп, что позволяет уменьшить толщину дисплейных панелей без ущерба для технических характеристик. Кроме того, светодиодные модули отвечают более жестким экологическим нормам, что немаловажно для продвижения продукции в США и странах ЕС.

 

Рисунок

55-дюймовая ЖК-панель с разрешением Full HD
компании Samsung Electronics

Одним из производителей, активно внедряющим светодиодные модули подсветки в ЖК-панелях для самых разных способов применения (компьютерных мониторов, ЖК-телевизоров, мобильных телефонов и т.д.), является компания Samsung Electronics. Как отмечают представители корейского электронного гиганта, помимо более низкого энергопотребления светодиодные источники света гораздо компактнее аналогичных компонентов на базе люминесцентных ламп, что позволило сделать новые ЖК-панели более тонкими.

На SID 2009 компания Samsung продемонстрировала 12,1-дюймовую ЖК-панель для оснащения портативных ПК, толщина которой составляет всего 1,7 мм. Не менее впечатляющим достижением является 24-дюймовая ЖК-панель для настольных компьютерных мониторов, имеющая толщину всего 3,5 мм. Кроме того, на стенде Samsung была представлена 52-дюймовая ЖК-панель толщиной 9,8 мм, предназначенная для бытовых телевизоров.

Компания Toshiba Mobile Display (TMD) представила ряд новых моделей широкоформатных ЖК-панелей для ноутбуков, нетбуков, MID-устройств и т.п. Эти изделия изготовлены на стеклянных подложках толщиной 0,2 и 0,3 мм по технологии низкотемпературного поликристаллического кремния и оснащены светодиодными модулями подсветки. В числе показанных новинок — 5,6-дюймовая ЖК-панель с разрешением 1200x800, 11,1-дюймовая с разрешением 1366x768, трансфлективная 12,1-дюймовая с разрешением 1280x800 и 13,1-дюймовая с разрешением 1600x900.

Еще одно интересное решение, которое внедрили некоторые производители ЖК-панелей, — система динамического управления яркостью подсветки. В ряде новых продуктов компании Samsung Electronics (в том числе 55-дюймовом ЖК-телевизоре, 14-дюймовой дисплейной панели для ноутбуков и 23-дюймовом настольном мониторе) реализована фирменная технология автоматического управления яркостью подсветки под названием active dimming. По словам представителей компании, данное решение позволяет снизить энергопотребление дисплея на 40%. Например, 23-дюймовый монитор потребляет при работе всего 5,7 Вт — сегодня это рекордно низкая величина среди ЖК-устройств с аналогичным размером экрана.

В новой линейке малогабаритных ЖК-дисплеев компании TMD, которые предназначены для установки в мобильные телефоны и прочие портативные электронные устройства, используются фирменная технология Screen Fit и система динамического управления яркостью подсветки.

Суть технологии Screen Fit заключается в заполнении промежутка между защитным слоем ЖК-панели и поляризующей пленкой прозрачным полимером. Коэффициент преломления этого материала подобран таким образом, чтобы значительно снизить отражения от внутренней поверхности защитного покрытия ЖК-панели, а также от поверхности самой панели.

Автоматическая система управления яркостью подсветки позволяет снизить энергопотребление дисплейной панели за счет изменения интенсивности подсветки, которая варьируется в зависимости от изображения, выводимого на экран. Как поясняют специалисты TMD, для оптимального отображения светлых кадров требуется более высокая яркость подсветки. В то же время для достижения оптимального качества при отображении темных сцен лучше выводить на ЖК-матрицу осветленное изображение, одновременно уменьшая интенсивность подсветки. Для реализации этой функции инженеры TMD разработали новую схему контроллера ЖК-дисплея, который автоматически подстраивает уровни сигналов, подаваемых на ячейки ЖК-матрицы, и управляет яркостью подсветки.

Пожалуй, одно из наиболее актуальных направлений развития ЖК-мониторов на современном этапе — расширение цветового охвата. В нынешнем году разработчикам удалось сделать важные шаги в этом направлении.

Компания NEC LCD Technologies объявила о создании активноматричной ЖК-панели, обеспечивающей 100-процентный цветовой охват пространства Adobe RGB (охват пространства NTSC составляет 97%). Разрешение этой дисплейной панели — 800x600, размер экрана по диагонали — 12,1 дюйма (30,7 см), максимальная яркость — 570 кд/?м2. По словам разработчиков, обеспечить столь широкий цветовой охват удалось за счет использования усовершенствованных светофильтров и нового модуля подсветки на белых светодиодах. Кроме того, благодаря применению светодиодной подсветки удалось уменьшить габариты и вес дисплейного модуля, а также снизить уровень энергопотребления.

Специалисты компании Sharp создали ЖК-дисплей, позволяющий отображать более 99% цветов и оттенков, которые можно наблюдать в естественных условиях. Принципиальным отличием этого дисплея от подавляющего большинства других является использование не трех (как в ЖК-дисплеях традиционной конструкции), а пяти субпикселов в каждой ячейке экрана. Помимо первичных цветов аддитивной модели (красного, зеленого и синего) в каждом пикселе дисплея Sharp имеются еще два — голубого и желтого цветов. Такая схема получила название multi-primary color display.

По словам создателей, ячейки с дополнительными субпикселами позволяют отображать цвета, воспроизведение которых для ЖК-экранов традиционной конструкции невозможно. Это, в частности, изумрудный цвет морской воды, золотисто-желтый оттенок медных духовых инструментов, а также оттенки насыщенного темно-красного цвета на лепестках розы. Согласно предварительным данным, цветовой охват инновационного дисплея Sharp не только полностью покрывает пространство NTSC, но и выходит за его пределы.

Как утверждают создатели, помимо феноменального цветового охвата, применение пяти светофильтров позволяет более эффективно использовать свет, излучаемый модулем подсветки. По сравнению с мониторами, в которых применяются трехцветные светофильтры, этот показатель улучшен на 20-30%.

Что касается технических характеристик, то размер экрана чудо-дисплея составляет 60,5 дюймов (153,7 см), а его разрешение — 1920x1080. Максимальная яркость — 450 кд/м2, уровень констрастности — 2000:1, рабочая цветовая температура — 6500 К. В модуле подсветки применяются люминесцентные лампы с холодным катодом. По словам представителей компании Sharp, данный дисплей разработан для использования в музейных экспозициях, оснащения рабочих мест дизайнеров и т.д.

Стоит отметить, что Sharp — не единственный производитель дисплеев, экспериментирующих в области увеличения количества субпикселов. В 2003-2005 годах в этом направлении работали несколько исследовательских групп, финансируемых крупными мировыми производителями ЖК-дисплеев. Кроме того, несколько лет тому назад были продемонстрированы прототипы цветных ЖК-дисплеев, в которых вообще не применялись светофильтры. Так, в конце октября 2005 года на выставке FPD International 2005 компания Samsung Electronics продемонстрировала прототип ЖК-панели с 32-дюймовым экраном, созданной без использования светофильтров и оснащенной светодиодным модулем подсветки. Впрочем, конечных пользователей в первую очередь интересует, будут ли внедрены столь экзотические решения в серийно выпускаемые продукты. Увы, дать утвердительный ответ на этот вопрос пока не решился ни один из ведущих производителей.

OLED

Пока еще рано говорить о том, что дисплеи на органических светодиодах (Organic Light Emitting Diode, OLED) способны на равных конкурировать с изделиями на базе ЖК-технологии. Тем не менее технология производства OLED-дисплеев развивается, объемы производства растут, а сфера их применения год от года становится всё шире.

Одна из основных задач, над решением которой бьются лучшие специалисты, — повышение долговечности светоизлучающих органических материалов. Неудивительно, что о достижениях в этой области на SID 2009 рапортовали ведущие игроки рынка OLED-дисплеев.

Компания TMD продемонстрировала прототип цветного активноматричного OLED-дисплея с диагональю экрана 4,15 дюймов (105,4 мм). От ранее представленных OLED-устройств он отличается увеличенным сроком службы светоизлучающего вещества: жизненный цикл дисплея составляет 60 тыс. ч (то есть немногим менее 7 лет непрерывной работы) при яркости 200 кд/м2.

Компании Universal Display и Samsung Mobile Display представили совместную разработку — новый светоизлучающий материал UniversalPHOLED для создания зеленых ячеек OLED-дисплеев, который обладает высокой эффективностью и долговечностью. По данным исследователей, световая эффективность этого материала достигает 110 кд на один ампер потребляемого тока при напряжении питания 3,6 В, а максимальная яркость такого дисплея — 3000 кд/м2. Заявленный жизненный цикл дисплеев, созданных на базе этого материала, составляет 300 тыс. ч (более 34 лет). При этом в течение первых 15 тыс. ч показатель яркости уменьшится не более чем на 10% от первоначальной величины.

Наиболее впечатляющими выглядят достижения компании DuPont Displays. Ее специалистам удалось создать новый материал для ячеек OLED-дисплеев, основным достоинством которого является очень большой ресурс. Согласно заявлению разработчиков, срок службы OLED-дисплея, изготовленного с использованием нового материала, составит более 1 млн ч (то есть свыше 100 лет непрерывной работы) при яркости 1000 кд/м2).

Помимо перспективных разработок на SID 2009 были представлены и продукты, полностью готовые к серийному производству. В экспозиции компании SMD можно было увидеть активноматричные OLED-дисплеи с размером экрана 14,1 и 31 дюйм по диагонали. Оба имеют разрешение Full HD (1920x1080), обеспечивают поистине фантастический уровень контрастности 1 000 000:1 и цветовой охват, полностью покрывающий пространство NTSC. Толщина дисплейных панелей не превышает 9 мм.

Для применения в малогабаритных портативных устройствах инженеры SMD создали линейку активноматричных OLED-дисплеев, в которой представлен 3,2-дюймовый дисплей с разрешением 848x480 и 7-дюймовый с разрешением WSVGA.

Завершая тему OLED, нельзя не упомянуть о зарождающемся сегменте OLED-телевизоров. Компания Sony, представившая в прошлом году первый в мире серийно выпускаемый OLED-телевизор XEL-1, готовит новую модель с 21-дюймовым экраном. По неофициальной информации, в нынешнем году свой первый OLED-телевизор планирует представить LG. На 2010 год запланирован дебют 23-дюймового OLED-телевизора Samsung. Большой интерес к этому направлению проявляют также компании Panasonic и Toshiba.

Электронные чернила

В летописи дисплеев на базе электронных чернил недавно появилась еще одна страничка со знаменательной вехой. Компания E Ink объявила о том, что к концу мая 2009 года количество проданных в мире устройств для чтения электронных книг, оснащенных дисплеями на базе пленки Vizplex, превысило миллион. Правда, в истории самой E Ink это достижение станет последним — во всяком случае в статусе самостоятельной компании. В первый день июня было объявлено о подписании соглашения, в соответствии с условиями которого E Ink (включая все активы и права на интеллектуальную собственность) будет поглощена компанией Prime View International (PVI). Последняя в течение уже нескольких лет вплотную занимается дисплеями на базе электронных чернил. В 2005 году PVI приобрела подразделение компании Philips, которое специализировалось на разработке технологий для дисплеев на базе электронных чернил. Теперь настал черед E Ink, с которой PVI плотно сотрудничала в течение последних нескольких лет.

 

Рисунок

Гибкий 11,5-дюймовый дисплей на базе электронных чернил
с сенсорным экраном, созданный инженерами LG

На SID 2009 компания NEC Electronics America продемонстрировала прототип дисплея на базе электронных чернил, размер экрана которого соответствует листу бумаги наиболее распространенного в настоящее время формата А4. Этот монохромный дисплей, позволяющий отображать 16 градаций серого, создан с использованием пленки Vizplex компании E Ink. По данным разработчиков, уровень контрастности составляет 10:1, а углы обзора — 176° как по горизонтали, так и по вертикали.

В разделе перспективных разработок были представлены прототипы цветных отражающих дисплеев на базе электронных чернил. Компания Samsung Electronics представила прототип с 0,2-дюймовым экраном, а LG Display продемонстрировала гибкий 11,5-дюймовый дисплей с сенсорным экраном.

Пикопроекторы

Миниатюрные проекционные устройства по-прежнему привлекают внимание — даже несмотря на экономический кризис и спад активности разработчиков после целой череды громких анонсов, сделанных в 2007-2008 годах. В ходе SID 2009 британская компания Light Blue Optics (LBO) провела демонстрацию прототипа миниатюрного проекционного модуля, предназначенного для оснащения портативных электронных устройств. В данном устройстве используется технология голографической лазерной проекции. В качестве источников света применяются три лазера, а модулятором служит миниатюрная LCoS-панель.

 

Рисунок

Одна из уникальных особенностей нового пикопроектора LBO —
возможность проецирования изображения на горизонтальную поверхность

Одно из основных достоинств этого решения — возможность получения четкого изображения во всем диапазоне фокусных расстояний без подстройки фокусировки. Кроме того, используемая технология обеспечивает широкий угол проекции (более 100°), что позволяет получать изображение большого размера при минимальном расстоянии между объективом и плоскостью экрана. Уникальной особенностью данного устройства является возможность коррекции оптических аберраций программными средствами. Есть и еще одна интересная новинка: помимо обычного режима фронтальной проекции на вертикально расположенный экран или участок стены предусмотрен специальный режим, названный table-down projection mode. При его активации изображение проецируется на расположенную непосредственно перед аппаратом горизонтальную поверхность — при этом не нужно держать устройство в руке или закреплять на специальном штативе. В дополнение к этому предусмотрена и опциональная функция сенсорного экрана — с ее помощью пользователь сможет управлять элементами интерфейса, просто прикасаясь к участкам проецируемого изображения.

По данным разработчиков LBO, модуль пикопроектора обеспечивает световой поток в 10 люмен. На данном этапе развития технологии возможно производство модулей с разрешающей способностью от 320x240 до 848x640 пикселов.

Согласно обнародованной информации, LBO планирует начать производство миниатюрных проекционных модулей для OEM-заказчиков в IV квартале текущего года.

Сенсорные дисплеи

Успех iPhone вдохновил производителей мобильных телефонов на создание сотовых трубок нового типа — с огромными сенсорными экранами и минимумом аппаратных органов управления. И даже спустя три года после дебюта первой модели творение подопечных Стива Джобса по-прежнему остается примером для подражания и наиболее популярным объектом клонирования. Согласно прогнозам аналитиков, через пару лет уже каждый третий выпускаемый телефон будет оснащаться сенсорным дисплеем. Естественно, возросший интерес производителей мобильных телефонов к сенсорным экранам не остался незамеченным среди компаний, выпускающих электронные дисплеи. Рост спроса способствует не только увеличению объемов производства, но и активизации деятельности разработчиков по созданию новых решений в этой области.

 

Рисунок

Тонкая 5-дюймовая ЖК-панель со светодиодным
модулем подсветки и сенсорным экраном

Компания Toshiba America Electronic Components (TAEC) представила на SID 2009 две новые модели ЖК-дисплеев, оснащенные сенсорными экранами: 8,4-дюймовую с разрешением 800x600 и 10,4-дюймовую с разрешением 1024x768. Обе снабжены заменяемым светодиодным модулем подсветки и обеспечивают эффективный угол обзора в 160° как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости. Сенсорные панели дисплеев созданы на базе резистивной технологии.

Кроме того, TAEC впервые продемонстрировала 3,5-дюймовый ЖК-дисплей, оснащенный сенсорным экраном на базе емкостной технологии.

Компания Sharp Microelectronics of the Americas (SMA) представила новый 5-дюймовый ЖК-дисплей (индекс модели LQ050W1LA0A), оснащенный светодиодным модулем подсветки и резистивной сенсорной панелью. Разрешение экрана — 1024x600 пикселов. Благодаря использованию усовершенствованных светофильтров разработчикам удалось увеличить яркость и расширить цветовой охват дисплея.

Израильская компания N-trig продемонстрировала решения на базе собственной технологии DuoSense. Наиболее интересной особенностью DuoSense является использование сразу двух принципиально различающихся методов для регистрации прикосновений — резистивного и емкостного. Гибридная сенсорная поверхность одинаково хорошо реагирует на нажатие как стилусом, так и пальцем. Как и большинство продвинутых сенсорных технологий, DuoSense способна регистрировать одновременно несколько нажатий в различных точках экрана (multi-touch).

В ходе демонстрации специалисты N-trig показали применение DuoSense на примере ряда приложений новой ОС Windows 7. Так, интерфейс графического браузера FingerTapps позволяет одновременно вращать два изображения, задействуя для выполнения этой операции сразу четыре пальца. Это приложение позволяет пользователю оперировать одновременно пальцами двух рук в процессе сортировки снимков.

Компания Wacom представила собственную технологию создания емкостных сенсорных экранов, которая получила название CapPLUS. По словам разработчиков, CapPLUS выгодно отличается от других решений для создания емкостных сенсорных экранов, поскольку обеспечивает более высокую чувствительность, точность и стабильность работы. Кроме того, технология CapPLUS позволяет создавать устройства с двойной системой ввода — то есть рассчитанные на управление как прикосновениями пальца, так и посредством беспроводных перьев Wacom, использующих принцип электромагнитного резонанса. Таким образом, становится возможным создание сенсорных дисплеев, которые при наличии фирменного пера можно будет использовать и в качестве графического планшета.

Electronic Skins

В заключение обзора расскажем о новой сфере применения электронных дисплеев на базе бистабильных структур, которая была отражена в экспозиции SID 2009. Речь идет о дисплейных панелях, используемых в качестве элементов внешнего оформления электронных устройств. В отличие от обычных пластиковых элементов корпуса, цвет и/или рисунок панелей-дисплеев можно изменить практически мгновенно — одним нажатием кнопки. Подобные панели получили название electronic skins (eSkins) — его можно перевести как «электронная оболочка» или «электронная кожа».

По сути eSkins представляет собой качественно новое воплощение концепции сменных панелей, уже давно взятой на вооружение производителями портативных электронных устройств (в первую очередь, конечно же, мобильных телефонов). Применение современных технологий позволяет изменять внешний вид гаджетов более простым и удобным способом. Теперь не придется разбирать корпус устройства каждый раз, когда захочется изменить его внешний вид, и к тому же выполнять эту процедуру можно хоть каждые пять минут. Еще одно важное достоинство eSkins заключается в возможности использования большого количества вариантов оформления, не обременяя пользователя необходимостью хранить соответствующее число комплектов сменных панелей.

 

Рисунок

Структура дисплея Reflex

Компания Kent Displays представила отражающие дисплеи Reflex, созданные на базе холестерических жидких кристаллов (Cholesteric Liquid Crystal Display, ChLCD). Эти структуры являются бистабильными — то есть способны находиться в одном из двух устойчивых состояний в течение длительного времени даже при отсутствии внешнего электрического поля. Такой дисплей нуждается в подаче питания только для того, чтобы изменить изображение. Некоторые образцы таких панелей способны сохранять изображение на протяжении более 10 лет без подачи питания, что уже доказано на практике (Kent Displays занимается производством дисплеев на базе ChLCD с 1993 года).

Структура дисплея Reflex напоминает сэндвич: четыре слоя защитного полимера перемежаются тремя слоями холестерических жидких кристаллов, каждый из которых формирует цветовой канал — красный, зеленый и синий (см. схему). В зависимости от текущего состояния кристаллов каждый из цветовых слоев может либо отражать падающий на него свет, либо пропускать его, работая как светофильтр. Различные цвета получаются путем комбинирования цветовых слоев в различных состояниях.

 

Рисунок

Панели Reflex первого поколения можно «перекрасить»
в один из восьми цветов нажатием кнопки

Дисплейные панели Reflex первого поколения позволяют отображать восемь различных цветов (23), переключать которые можно буквально одним нажатием кнопки. Кроме того, предусмотрена возможность автоматического изменения цвета при определенных условиях (например, входящем звонке или получении текстового сообщения в случае мобильного телефона). Благодаря оптическим свойствам холестерических жидких кристаллов созданные на их базе дисплеи отличаются широкими углами обзора и хорошей видимостью даже на ярком солнечном свете.

Дисплейные панели Reflex изготавливаются на гибкой пластиковой подложке и имеют толщину всего 65 мкм, что при необходимости позволяет изгибать и резать их для придания требуемой формы. Кроме того, технология производства дает возможность делать в дисплейной панели отверстия для органов управления, индикаторов и т.п.

На данном этапе развития технологии возможно серийное производство панелей Reflex произвольной формы площадью до 4 квадратных дюймов (25,8 см2). Механические параметры материала позволяют изгибать панель с радиусом закругления до 1 см без ущерба для ее работоспособности. Для подключения управляющей электроники панель оснащается монтажной площадкой размером 5x30 мм. Потребляемая мощность в процессе изменения цвета дисплейной панели составляет 230 мкВт/см2, а сама процедура переключения занимает около 3 с.

 

Рисунок

Следующее поколение панелей Reflex позволит украсить
гаджеты двухцветными узорами

По мнению представителей Kent Displays, в будущем дисплеи-оболочки найдут широкое применение в мобильных телефонах, медиаплеерах, ноутбуках, часах, электронных игрушках и т.д. В настоящее время уже начато изготовление партии пилотных образцов панелей Reflex на производственной линии компании.

Следующее поколение панелей Reflex, над которым сейчас работают специалисты Kent Displays, позволит отображать двухцветный узор. Его рисунок будет фиксированным, а вот сочетание цветов сможет выбирать пользователь.

Собственную технологию изготовления дисплейных панелей eSkins, которые позволят персонифицировать внешний вид различных электронных устройств, продемонстрировала компания НР. Дисплеи eSkins представляют собой цветную пленку, которую можно приклеить к корпусу мобильного телефона, медиаплеера, ноутбука и т.д. Гибкая пластиковая подложка обеспечивает возможность крепления даже на криволинейные поверхности.

 

Рисунок

Прототип дисплейной панели eSkins,
созданный разработчиками НР

Представленные образцы eSkins относятся к категории монохромных отражающих дисплеев. В отличие от панелей Reflex, возможность изменять цвет не предусмотрена. Зато пленка eSkins позволяет отображать значки, цифры, символы и т.д.

По словам представителей компании, технология производства дает возможность с высокой точностью выдержать нужный цвет фона. Заказчики смогут выбрать его из таблицы цветов Pantone таким образом, чтобы он оптимально сочетался с окраской других деталей корпуса.

 

В начало В начало

КомпьютерПресс 7'2009