oldi

Интересные новинки SID 2011

Сергей Асмаков

ЖК-дисплеи

Электрофоретические дисплеи

Перспективные разработки

 

Предлагаем вниманию читателей обзор наиболее интересных новинок, представленных в ходе форума SID Display Week 2011 (Society for Information Display), который проходил с 15 по 20 мая в Лос-Анджелесе (США).

ЖК-дисплеи

В настоящее время ЖК-технология по-прежнему занимает доминирующие позиции в сегментах электронных дисплеев как для стационарных, так и для мобильных устройств. Именно поэтому логично начать обзор с новинок этой категории.

Компания Toshiba представила образцы ЖК-панелей высокого разрешения, предназначенных для использования в мобильных устройствах. Для производства этих изделий применяется технология низкотемпературной обработки поликристаллического кремния (Low Temperature PolySilicon, LTPS). В новой линейке представлены дисплейные панели с размером экрана от 3,3 до 4 дюймов по диагонали, имеющие разрешение от 480x864 до 720x1280 пикселов. По данным представителей Toshiba, помимо высокой плотности пикселов (в лучших образцах достигающей просто фантастического значения в 367 ppi) эти изделия характеризуются широкими углами обзора (до 176° по обеим осям), высокой контрастностью изображения (1500:1) и впечатляющим цветовым охватом, который составляет 92% пространства NTSC.

 

Рисунок

Toshiba продемонстрировала прототип
4-дюймового ЖК-дисплея, имеющего разрешение
720x1280 пикселов

Мощным стимулом для разработчиков дисплейных панелей является продолжающийся планшетный бум. Компания Samsung (кстати, поставляющая дисплейные панели для наиболее популярного на данный момент планшета — iPad) продемонстрировала весьма впечатляющую новинку. Это 10,1-дюймовый ЖК-дисплей, имеющий разрешение 2560x1600 пикселов — то есть гораздо выше, чем у мониторов и телевизоров класса Full HD. Помимо исключительно высокого (особенно с учетом размера экрана) разрешения эта дисплейная панель интересна тем, что в ней используется технология PenTile RGBW. В отличие от ЖК-дисплеев традиционной конструкции, которые представляют собой массив одинаковых ячеек с тремя субпикселами (красного, зеленого и синего цветов), в PenTile RGBW применяются двухцветные ячейки двух типов (одни — с субпикселами красного и зеленого, другие — синего и белого цветов), расположенные в шахматном порядке.

 

Рисунок

Расположение субпикселов ЖК-панели
традиционной конструкции (слева) и дисплея, созданного
по схеме PenTile RGBW

Одним из преимуществ технологии PenTile является увеличение апертуры субпикселов за счет того, что их площадь при той же плотности пикселов на треть больше по сравнению с ЖК-дисплеями традиционной конструкции. Это позволило повысить эффективность использования светового потока модуля подсветки, что в сочетании с наличием полностью прозрачных (белых) субпикселов обеспечило значительное (на целых 40%) снижение количества потребляемой электроэнергии. Примечательно, что конструкция этого дисплея позволяет достичь максимальной яркости в 600 кд/м2 (для сравнения: типичное значение данного параметра для настольных ЖК-мониторов составляет 250 кд/м2), обеспечивая вполне удовлетворительное качество изображения даже на улице при ярком солнечном свете. По словам представителей Samsung, компания планирует приступить к серийному выпуску таких дисплейных панелей уже в текущем году.

Не менее интересные новинки южнокорейский производитель приготовил и для устройств с большим размером экрана. Среди премьер этого сегмента стоит обратить внимание на 70-дюймовую ЖК-панель, имеющую разрешение Ultra Definition (7680x4320 пикселов) и способную работать с частотой обновления кадров 240 Гц (что позволяет без проблем применять ее для воспроизведения стереоскопического видеоконтента).

 

Рисунок

Прототип 10,1-дюймового ЖК-дисплея Samsung,
имеющего разрешение 2560x1600 пикселов

Компания LG Display представила линейку ЖК-панелей, созданных на базе новой технологии Advanced High Performance In-Plane Switching (AH-IPS). Как утверждают разработчики, данное решение позволит увеличить плотность пикселов в 1,5-2 раза по сравнению с другими ныне используемыми ЖК-технологиями и вплотную подойти к тому пределу, когда отдельные пикселы на экране уже невозможно будет различить невооруженным глазом.

Технология AH-IPS будет применяться при производстве дисплейных панелей для самых разных типов устройств. В числе представленных прототипов — 3,5-дюймовый (960х640 пикселов) и 4,5-дюймовый дисплеи для смартфонов; 7- и 9,7-дюймовые для планшетов; а также 55- и 84-дюймовые панели для телевизоров и систем домашнего кинотеатра.

Еще один интересный прототип LG Display — 27-дюймовый ЖК-дисплей, созданный на базе технологии IPS и имеющий разрешение Quad Full HD (3840x2160 пикселов). Ранее южнокорейская компания уже демонстрировала дисплейные панели с аналогичным разрешением, однако они имели гораздо большие размеры: 55 и 84 дюйма по диагонали.

Разумеется, не были забыты дисплеи для устройств с функцией воспроизведения стереоскопического видеоконтента. Одно из перспективных направлений развития подобных дисплеев — переход к автостереоскопическим системам, которые обеспечивают возможность видеть стереоизображения без использования специальных очков.

Сразу несколько прототипов автостереоскопических дисплеев на базе ЖК-технологии показала компания Toshiba America Electronic Components (TAEC). Два из них — 21-дюймовый с разрешением 1280x800 пикселов и 12,1-дюймовый (466x350) — оборудованы массивом линз Френеля, который формирует несколько зон просмотра стереоскопического изображения.

Для применения в портативных устройствах и автомобильных мультимедийных системах разработчики TAEC создали дисплеи с размером экрана 3 и 8 дюймов по диагонали (их разрешение — 400x240 и 800x480 пикселов соответственно), оснащенные светодиодным модулем подсветки со встроенным массивом двунаправленных линз. Стереоэффект в этих устройствах создается путем поочередной демонстрации кадров для левого и правого глаза, меняющихся синхронно с переключением подсветки. В отличие от массива линз Френеля такое решение обеспечивает возможность отображения как обычной (двумерной), так и стереоскопической картинки с одинаковым разрешением.

Компания Sony представила прототипы автостереоскопических ЖК-дисплеев с размером экрана 10 и 24 дюйма по диагонали. Оба могут функционировать как в обычном (двумерном), так и в стереоскопическом режиме. 24-дюймовый дисплей позволяет воспроизводить двумерную картинку с разрешением Full HD (1920x1080 пикселов) и яркостью до 192 кд/?м2 либо стереоизображения с разрешением 960x360 пикселов и максимальной яркостью 86,1 кд/м2. По словам разработчиков, оптимальные условия для просмотра стереоизображения обеспечиваются на расстоянии от 0,8 до 1,6 м от плоскости экрана. Отвечая на вопрос о сроках начала серийного производства подобных дисплеев, представители Sony предпочли ограничиться весьма обтекаемой формулировкой: «в течение нескольких ближайших лет».

Дисплеи Mirasol: эффект бабочки

В дисплеях Mirasol для получения изображения используется эффект интерференции световых волн в миниатюрных резонансных камерах — интерференционных модуляторах (Interference Modulator, IMOD). Разработчики позаимствовали это решение у природы: аналогичным образом солнечный свет расцветает причудливыми узорами, попадая в микроскопические полости на крыльях бабочек. Так что стилизованный силуэт бабочки присутствует в логотипе Mirasol неслучайно.

 

Рисунок

Устройство ячейки с интерференционным модулятором (слева) и структура пиксела дисплея Mirasol

Основным структурным элементом дисплея Mirasol является интерференционный модулятор. Он представляет собой миниатюрную электромеханическую систему (micro-electro-mechanical system, MEMS) с резонансной камерой. Конструкция модулятора включает неподвижную прозрачную подложку, снабженную полупрозрачной тонкопленочной «подкладкой» с внутренней стороны, и гибкую отражающую мембрану, которая может находиться в одном из двух устойчивых состояний. В открытом положении между подложкой и мембраной имеется небольшой воздушный зазор (порядка нескольких сотен нанометров). Свет, попадающий в ячейку извне, отражается от подложки. В результате интерференции прямого и отраженного света ячейка окрашивается в определенный цвет (какой именно — зависит от толщины зазора). В закрытой ячейке мембрана прижимается вплотную к внутренней поверхности подложки; падающий извне свет поглощается, и ячейка выглядит черной. Переключение состояния ячейки производится путем подачи управляющего напряжения.

Ячейки такого дисплея являются бистабильными структурами, то есть могут длительное время находиться в одном из двух устойчивых положений (открытом либо закрытом) даже при отсутствии напряжения на управляющих электродах. Таким образом, подача питания требуется лишь для того, чтобы обновить изображение на экране. Благодаря этому обеспечивается низкий уровень энергопотребления. Но, в отличие от дисплеев на базе электронных чернил, переключение ячеек происходит достаточно быстро для того, чтобы без проблем воспроизводить анимацию и видео.

Поскольку ячейка IMOD-дисплея может быть либо полностью открытой, либо полностью закрытой, для формирования полутонов в каждом из субпикселов дисплея объединено несколько одинаковых ячеек.

Одним из важных достоинств дисплеев Mirasol является высокая яркость изображения. По этому параметру они значительно превосходят трансфлективные ЖК-дисплеи и экраны на базе электронных чернил. Кроме того, благодаря простой конструкции дисплейные панели Mirasol имеют небольшую толщину и малый вес.

Электрофоретические дисплеи

Компания E Ink в сотрудничестве с Epson продолжает совершенствовать технологию производства монохромных электрофоретических дисплеев e-ink. На SID 2011 был представлен прототип 9,7-дюймовой дисплейной панели, имеющей разрешение 2400x1650 пикселов (напомним, что у серийно выпускаемых в настоящее время устройств с аналогичным размером экрана данный параметр составляет 1200x825 пикселов). Такой экран позволит приблизить качество изображения к уровню отпечатков лазерных принтеров начального уровня.

 

Рисунок

Прототип 9,7-дюймового монохромного электрофоретического
дисплея e-ink, имеющего разрешение 2400Ѕ1650 пикселов
и оснащенного новым контроллером Epson

Компания Sony продемонстрировала прототип цветного электрофоретического дисплея, изготовленного на гибкой пластиковой подложке. Размер экрана составляет 13,3 дюйма по диагонали, разрешение — 1200x800 пикселов. Благодаря использованию пластиковой подложки разработчикам удалось уменьшить толщину дисплейной панели до 150 мкм и снизить ее вес до 20 г. Кроме того, такой дисплей можно сгибать и скручивать без ущерба для его работоспособности (минимально допустимый радиус изгиба составляет 5 мм).

 

Рисунок

Компания Sony представила прототип гибкого
цветного электрофоретического дисплея

Ячейки этого дисплея включают четыре субпиксела (красного, зеленого, синего и белого цвета), каждый из которых способен отображать до 16 оттенков. Как утверждают разработчики, использование такой схемы позволило достичь цветового охвата в 13% пространства NTSC. Конечно, по меркам ЖК-технологии это немного, однако применительно к отражающим электрофоретическим дисплеям такой показатель является существенным достижением.

Технология электросмачивания

Ячейка монохромного дисплея на базе технологии электросмачивания представляет собой замкнутое пространство, внутри которого заключены две несмешивающиеся жидкости, имеющие различную плотность (вода и окрашенное масло), а также гидрофобный диэлектрик. Снизу находится прозрачный электрод; роль верхнего электрода выполняет вода. При отсутствии напряжения масло в виде тонкой пленки равномерно распределяется между поверхностями слоя воды и диэлектрика, окрашивая ячейку в соответствующий цвет.

 

Рисунок

Схематическое устройство и принцип работы ячейки дисплея
на базе технологии электросмачивания

Рисунок

Увеличенное изображение ячейки в выключенном состоянии (слева)
и при подаче напряжения на управляющие электроды

При подаче напряжения между управляющим электродом и водяным слоем возникает разность потенциалов, вследствие чего изменяется межфазное натяжение на границе слоя воды и масляной пленки. В результате многослойная структура утрачивает свою стабильность — вода оттесняет масло в сторону. При этом ячейка частично открывается и через слой прозрачной воды становится видна белая подложка. Изменяя величину подаваемого на электроды напряжения, можно управлять степенью прозрачности ячейки.

Перспективные разработки

Наряду с технологиями, уже получившими широкое распространение в серийно выпус­каемых устройствах, в экспозиции SID 2011 были представлены и перспективные разработки.

Компания Qualcomm продемонстрировала прототип смартфона, работающего под управлением ОС Google Android и оборудованного цветным 4,1-дюймовым IMOD-дисплеем Mirasol (подробнее см. во врезке «Дисплеи Mirasol: эффект бабочки»). Его разрешение составляет 800x480 пикселов. Принципиальное отличие этой новинки от ранее демонстрировавшихся образцов с дисплеями Mirasol заключается в применении модуля подсветки, благодаря которому изображение на экране хорошо видно даже в условиях слабой освещенности. Отметим, что экран в данном случае подсвечивается не снизу (как у ЖК-панелей), а сверху.

На страницах нашего журнала мы уже сообщали о том, что в конце минувшего года компания Samsung поглотила компанию Liquavista, на протяжении уже нескольких лет занимающуюся разработкой дисплеев на базе технологии электросмачивания (подробнее см. во врезке «Технология электросмачивания»). В ходе SID 2011 южнокорейская компания продемонстрировала несколько прототипов дисплеев данного типа уже под собственной маркой.

В числе новинок — два отражающих дисплея (цветной и монохромный) с 6,2-дюймовыми экранами, имеющие разрешение 800x600 пикселов. Ячейки цветного дисплея включают четыре субпиксела (красного, зеленого, синего и белого цвета). Показатель контрастности представленного прототипа составляет 9:1, коэффициент отражения — 18%. Разработчики обещают, что в серийно выпускаемых дисплеях эти параметры будут значительно улучшены: в частности, планируется увеличить контрастность до уровня 15:1 и повысить отражающую способность до 30%.

Монохромный дисплей позволяет воспроизводить 256 градаций серого. Показатель контрастности этого прототипа — 15:1, коэффициент отражения — 45%. Углы обзора как монохромного, так и цветного дисплея составляют 180° по обеим осям. Кроме того, разработчики отмечают малое время отклика прототипов (по сравнению с электрофоретическими дисплеями), благодаря чему их можно без проблем использовать для воспроизведения анимации и видео.

Представители Samsung заявили, что компания планирует приступить к серийному выпуску дисплейных панелей на базе технологии электросмачивания уже в конце текущего года. Освоить выпуск принципиально новых устройств в столь сжатые сроки позволит разработанный инженерами южнокорейской компании технологический процесс, обеспечивающий возможность использования уже существующих линий по выпуску ЖК-дисплеев после незначительной модернизации.

 

В начало В начало

КомпьютерПресс 06'2011