Electrowetting: новые перспективы отражающих дисплеев
В конце сентября 2003 года ученые исследовательской лаборатории Philips обнародовали информацию о разработке принципиально новой технологии создания полноцветных отражающих дисплеев, способных воспроизводить не только статичные изображения, но и видео.
ля
непосвященных отражающие дисплеи пока являются диковинкой: увидеть их в действии
можно лишь в стенах исследовательских лабораторий или на крупных выставках.
Первые коммерческие изделия, построенные на базе монохромных отражающих дисплеев,
должны появиться в продаже в начале нынешнего года. Тем не менее, учитывая высокие
темпы развития портативной электроники, многие аналитики считают, что отражающие
дисплеи уже в ближайшем будущем могут занять свою нишу на рынке устройств отображения
информации.
Сравнивая отражающие дисплеи с доминирующими сегодня излучающими устройствами
(ЭЛТ, ЖК, ПДП и т.п.), можно выделить целый ряд важных достоинств. Так, изображение
на экране отражающих дисплеев хорошо читается и в сумерках, и в ярких лучах
полуденного солнца. Аналогично бумажному отпечатку картинка на экране такого
дисплея отлично просматривается под любым углом, причем без потери контраста.
Кроме того, в силу ряда конструктивных особенностей (в частности, отсутствия
подсветки) отражающие дисплеи отличаются низким уровнем энергопотребления. 
В августе прошлого года мы уже обращались к теме отражающих дисплеев, рассматривая оригинальную технологическую разработку компании E Ink Corporation — так называемые электронные чернила. Конечно, помимо вышеперечисленных достоинств у данного решения есть и свои недостатки. Во-первых, пригодная для коммерческого использования технология пока позволяет создавать лишь монохромные дисплеи. А во-вторых, из-за большого времени отклика пикселов на таком экране можно отображать лишь статичные изображения. В силу указанных причин сфера использования дисплеев на базе электронных чернил довольно ограниченна и их появление в коммерческих изделиях вряд ли серьезно повлияет на расстановку сил на рынке электронных устройств отображения информации.
Несмотря на то что сейчас отражающие дисплеи находятся лишь на пороге коммерческого использования, разработчики многих крупных компаний проявляют интерес к созданию подобных устройств. Так, ученые исследовательской лаборатории компании Philips, активно сотрудничающей в рамках проекта по созданию и внедрению монохромных отражающих дисплеев на базе электронных чернил с E Ink Corporation, занимаются и собственными разработками в этой области. Основной задачей исследовательской группы Philips является разработка более совершенной технологии, которая позволит создавать полноцветные отражающие дисплеи с малым временем отклика пикселов, пригодные для использования в современных цифровых устройствах с развитыми мультимедийными функциями.
Проведя масштабные научные исследования, сотрудники лаборатории Philips разработали собственную технологию создания отражающих дисплеев, в основе которой лежит использование эффекта электросмачивания (electrowetting). Схематическое устройство пиксела такого дисплея показано на рис. 1. В замкнутом пространстве заключены две несмешивающиеся жидкости (вода и окрашенное масло), имеющие различную плотность, 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 пиксел в соответствующий цвет. При подаче напряжения между управляющим электродом и водяным слоем изменяется межфазное натяжение на границе слоя воды и масляной пленки, в результате чего многослойная структура утрачивает свою стабильность — вода оттесняет масло в сторону. Таким образом, пиксел становится частично прозрачным, изменяя свой цвет, — взгляду наблюдателя открывается белая подложка (рис. 2). Изменяя величину подаваемого на пиксел напряжения, можно управлять степенью его прозрачности.
Приведенная выше схема иллюстрирует принцип работы монохромного дисплея. В общем-то, несложно создать и полноцветный дисплей, сформировав пикселы экрана из трех субпикселов с окрашенными в красный, зеленый и синий цвета масляными слоями. Однако разработчики предложили иной принцип формирования пикселов, позволяющий повысить эффективность дисплея.
Конструкция субпикселов цветного дисплея дополнена вторым масляным слоем и светофильтром (рис. 3). Слои масла в верхней и нижней частях ячейки окрашены в различные цвета. В отличие от ЭЛТ- и ЖК-дисплеев, для формирования цвета в данном случае используется не аддитивная (RGB), а субтрактивная модель (CMY). Таким образом, если в случае ЭЛТ- и ЖК-монитора каждый из субпикселов может воспроизводить градации лишь одного из первичных цветов аддитивной модели, то примененное в рассматриваемой конструкции решение позволяет окрашивать каждый из субпикселов в оттенки двух различных цветов (рис. 4).
Использование столь необычной конструкции позволило достичь ряда важных преимуществ. По сравнению с не оснащенными активной подсветкой цветными ЖК-дисплеями, в которых используется стекированная конструкция из трех расположенных последовательно друг за другом субпикселов, принципиально иная структура electrowetting-дисплея позволяет в четыре раза увеличить количество пропускаемого каждым пикселом света и, следовательно, значительно повысить контрастность изображения. Кроме того, поскольку в electrowetting-дисплее отсутствуют необходимые для ЖК-устройств поляризующие фильтры, то эффективность использования падающего на экран света повышается вдвое.
Малое расстояние между масляными слоями в субпикселах electrowetting-дисплея (менее 100 мкм) позволяет обеспечить широкий угол обзора. В ходе работ с экспериментальными образцами electrowetting-дисплеев были получены весьма впечатляющие результаты: время включения и выключения пиксела размером 0,25Ѕ0,25 мм не превышает 10 мс. Таким образом, данные устройства способны без проблем воспроизводить полноценное видео. Кроме того, была доказана возможность создания активноматричных electrowetting-дисплеев с большим размером экрана.
Еще одно важное достоинство новой технологии заключается в том, что для управления пикселами используется низкое напряжение, а сам дисплей обладает очень низким энергопотреблением. Таким образом, отражающие дисплеи, созданные на базе эффекта электросмачивания, по многим параметрам значительно превосходят аналогичные конструкции на базе ЖК-технологии.
Конечно, новой технологии еще предстоит доказать свою жизнеспособность, пройдя непростой путь от экспериментальных образцов до готовых к коммерческому использованию изделий. С одной стороны, простота устройства и использование доступных материалов позволяет надеяться на то, что стоимость таких дисплеев будет значительно ниже по сравнению с аналогичными ЖК-устройствами. Но при этом нельзя забывать и о том, что разработчикам electrowetting-дисплеев еще предстоит решить множество важных технических и технологических проблем, и от того, насколько успешно коллективу ученых удастся справиться с этими задачами, во многом зависят перспективы внедрения новой технологии в серийно выпускаемые устройства.
