Пол Марш

    Разработчики электронной аппаратуры, планирующие использовать плоскопанельные дисплеи в своих изделиях, с интересом наблюдают за развитием основных тенденций в данной технологии. Вдохновленные успехами на рынке переносных компьютеров, производители плоскопанельных дисплеев намереваются значительно расширить рынок сбыта своей продукции и жестко конкурировать с производителями электронно-лучевых трубок. В настоящее время в стадии развития и подготовки к массовому развертыванию находятся такие технологические новшества, как цветоотражающие жидкокристаллические индикаторы, пластиковые дисплеи, низкотемпературные полисиликоновые индикаторы. Так что же, по мнению экспертов, является самым передовым в этой области, и что будет доминировать в ближайшем будущем?

    Интересен тот факт, что хотя большая часть всех плоскопанельных дисплеев произведена в Японии и Корее, основная масса теоретических исследований была проведена в Великобритании. Впервые тонкопленочные транзисторы (TFT) были продемонстрированы в конце 70-х годов в Дандейском университете (Dundee University). Эта технология, позволяющая изготавливать тонкопленочные устройства, не ограниченные размером подложки, предназначенные для работы в активных матричных дисплеях, представляет собой общий подход, успешно используемый и по сей день. Самыми современными в этой области являются исследования светоизлучающих полимеров, проведенные в Кембриджском университете, а позднее разработанная там технология Cambridge Display Technology обещает произвести истинную революцию в дешевых графических дисплеях (см. Chip News ╧ 7-8, 1997 г.).

Потребляемая мощность отражающих устройств

    По мнению Питера Бачелора из Dti, ведущие компании, занимающиеся производством жидкокристаллических дисплеев, в настоящее время форсировали свои исследования в области цветоотражающих ЖКИ, более экономичных по сравнению с ЖКИ с задней подсветкой, что делает их весьма привлекательными для разработчиков портативной аппаратуры, такой как миниатюрные компьютеры (PDA) и сотовые телефоны.

    Дисплеи на тонкопленочных транзисторах с высоким коэффициентом отражения (High Reflectivity HR) производства компании Sharp, рекомендуемые компанией как ключевые изделия для массового использования в видеокамерах и PDA, в 3 раза легче и в 6 раз экономичнее стандартного дисплея с задней подсветкой. До настоящего момента такие дисплеи были применены лишь однажды в новых компьютерах-блокнотах фирмы Zaurus, в результате чего продолжительность работы батарей возросла на 50%. Компания Hitachi продемонстрировала новый 1/2VGA цветоотражающий дисплей на супертвистовой нематической матрице (STN), не использующий технологию адресации активной матрицы, одобренную большинством разработчиков, в том числе компанией Sharp. Она продемонстрировала несколько новых методов увеличения отражающей способности на уровне от 2530% для устройств первого поколения до 60% для самых новейших изделий, а также множество других технологических новшеств в области использования светоотражающих и светорассеивающих пленок.

    Одной из главных проблем, с которыми приходится сталкиваться разработчикам цветоотражающих ЖКИ, является значительное поглощение света многослойной структурой, в результате чего изображение на экране получается недостаточно ярким. По мнению представителя научно-исследовательской лаборатории компании HP Адриана Гейсоу, "25% от падающего светового потока, полученного в ЖКИ-устройствах первого поколения компании Hitachi, величина, безусловно, впечатляющая, по сравнению с 4 или 5% для неотражающих устройств. Но, все равно, этого слишком мало".

    Опыт компании Hitachi по использованию STN-устройств для производства дисплеев уникален. Главной причиной, по которой компания обратилась к этой технологии, по мнению специалистов, является выигрыш в стоимости и энергопотреблении. Недавно компания Hitachi выпустила 1/2VGA светоотражающий монохромный ЖКИ-дисплей SR16H005-R, выполненный по технологии STN, а выпуск цветных устройств планируется наладить до конца этого года.

    Сравнивая цветоотражающие дисплеи, выполненные по разным технологиям, TFT-дисплей производства компании Sharp имеет контрастность 10:1, что превышает контрастность STN-дисплея (8:1) производства компании Hitachi, однако он потребляет в 4 раза больше энергии и стоит в 2 раза дороже. По мнению менеджера по продуктам компании Hitachi Майрдина Джонса, "TFT-матрицы необходимы только в случае, если экран используется для отображения живого видеоизображения, где быстродействие дисплея стоит на первом месте".

    Кроме удовлетворения требованиям устройств с операционной системой Windows CE, дисплей должен иметь разрешение, равное 1/2VGA, и достаточный размер отдельного пикселя, достигающий значения 0,24╢0,24 мм.

    Компания NEC разработала собственный дешевый технологический процесс для производства цветоотражающих ЖКИ, при котором задействованы только 4 этапа с использованием фотошаблонов. Пользуясь этой технологией, компания производит дисплеи с диагональю 11,4 дюймов и числом тонкопленочных транзисторов 1600x1200.

    Учитывая то, что сейчас цветоотражающие ЖКИ-дисплеи имеют большие потери света, существует широкое поле деятельности для разработчиков по их дальнейшему совершенствованию.

Полисиликоновая технология

    Большие надежды возлагаются на низкотемпературную полисиликоновую (p-Si) технологию, позволяющую изготавливать более тонкие дисплеи с большей плотностью размещения транзисторов, а также интегрировать в них различные устройства, например, управляющие элементы, модули памяти и функциональные блоки.

    Сегодня активные полисиликоновые матричные ЖКИ уже применяются во фронтальном проекционном оборудовании и изготавливаются с применением высокотемпературных технологических процессов. Полисиликоновая технология позволяет получать транзисторы меньшего размера, а значит, увеличивать разрешающую способность дисплея. Кроме того, при этом становится возможной интеграция управляющих элементов строк и столбцов, что приводит с сокращению стоимости изготовления дисплея в целом.

    Сейчас развитие низкотемпературного технологиче-ского процесса для изготовления полисиликоновых дисплеев направлено в сторону увеличения полезных размеров устройств, что сделает их более выгодными в ценовом отношении. По мнению Алана Мосли, "два года назад считалось, что размеры полисиликоновых дисплеев с интегрированными управляющими элементами не превысят 6 дюймов. Сейчас же некоторые компании (например, Toshiba) объявили о начале выпуска низкотемпературных полисиликоновых устройств с диагональю 8,4 и 10,4 дюйма".

    Малогабаритные полисиликоновые дисплеи размером от 1 до 4 дюймов для проекционного оборудования производятся различными компаниями, например, Sharp, Sony, NEC и Hitachi, с использованием высокотемпературной технологии. Компания Sony начала производить низкотемпературные малогабаритные p-Si TFT-дисплеи для портативных видеокамер и аудиовизуального оборудования, но для получения устройств с достаточно высокой разрешающей способностью и прозрачностью компания все еще вынуждена использовать высокотемпературную технологию. Выпуск низкотемпературных полисиликоновых TFT-дисплеев наладила также компания Fujitsu.

    Другим приложением, где возможно применение малогабаритных дисплеев, являются шлемы для систем виртуальной реальности (HMD). Компания Sony утверждает, что она была первым поставщиком дисплеев для таких устройств, и сейчас предлагает свои 2-дюймовые полисиликоновые ЖКИ, изначально разработанные для видеопроекторов. В настоящее время ведется разработка еще меньших ЖКИ-дисплеев с разрешением 1280╢1024. Компания также поставляет аналогичные устройства на базе электронно-лучевых трубок, называемые Sony Classman, которые предлагаются в качестве развлечения всем пассажирам первого класса авиакомпании Japan Airlines.

    Компания Sharp производит полисиликоновые TFT-дисплеи для проекционного оборудования размером 2,5, 3 и 4 дюйма, а в начале этого года она продемонстрировала свой обратно-проекционный дисплей размером 60 дюймов, предназначенный для систем телевидения высокой четкости, использующий TFT ЖКИ-панели размером 3╢2,6 дюйма, выполненные по CGS-технологии и имеющие яркость 850 кд/м2. CGS-технология (Continuous Grain Silicon) использует безшовные длинные кремниевые элементы и предлагает характеристики, близкие к таковым у прозрачного кремния, используемого в виде тонких пленок. По мнению специалистов компании Sharp, в будущем технология CGS унаследует очень многое из полисиликоновой технологии, однако, достижение зерна субмикронного размера на больших подложках весьма проблематично, а технология в целом требует дальнейшего совершенствования.

    Другим интересным направлением является разработка миниатюрных дисплеев (с диагональю менее 1 дюйма) для использования в проекционных системах и шлемных дисплеях. Разработки американских компаний в этой области в основном финансируются организациями военно-промышленного комплекса, такими как Агентство перспективных исследований МО США (DARPA). Аналогичные системы разрабатывают компании IBM, Three Five Systems, Displaytech и Colorado Microdisplay, причем две последних предлагают специальные комплекты для проектирования. Приоритетной технологией здесь считается технология жидких кристаллов на основе кремния (LCOS).

Гибкие плоскопанельные дисплеи

    Одна из технологий, появление которой на рынке было обещано давно, это технология пластиковых ЖКИ. Первыми изделиями здесь были монохромные панели размером 2╢2 дюйма производства компании Ricoh, лидера в этой отрасти, начиная с 1980 года, которые были применены в ряде новых моделей портативных телефонов компании Kenwood. Почему был выбран пластик? Главными причинами являются малые вес, толщина (дисплей Ricoh имеет толщину всего 0,1 мм) и высокая износостойкость. По мнению Тима Райана, представителя английской компании по производству пластиковых дисплеев Epigem, "полимерные материалы могут быть использованы в таких условиях, где нельзя применять стекло". Их можно изгибать, в них можно прорезать отверстия для расположения дополнительных элементов, что позволяет сделать конечное изделие более компактным и легким. На последней международной конференции Asia Display компания Samsung продемонстрировала свой пластиковый дисплей на супертвистовой нематической матрице размером 320╢240 пикселей, однако серийно выпускать такие изделия компания планирует только в следующем году.

CIE, май 1999