Основная проблема современных микродисплейных технологий заключается в отсутствии простых рецептов масштабирования микроэкранов. Решение этой проблемы в рамках наиболее популярных сейчас ЖК-технологий производства микродисплеев невозможно.
Что происходит сегодня на исключительно быстро развивающемся рынке микродисплеев? Каково его состояние и перспективы? Наиболее широко используемые сегодня плоские жидкокристаллические панели чаще всего имеют диагональ дюйм или чуть менее. Разрешение таких экранов заключается в диапазоне от четверти VGA (78 тыс. пикселов) до WUXGA (2 млн. пикселов). Конечно, по мере того как на таких экранах количество пикселов увеличивается, каждый отдельный пиксел уменьшается в размерах и формируемая «картинка» становится четче. Дисплеи, изготовленные по любым другим — не жидкокристаллическим — технологиям, не могут обеспечить такую вариацию по разрешению.
Высокая разрешающая способность ЖК-микродисплеев обеспечивается также и тем обстоятельством, что в этих устройствах — в отличие от обычных катодно-люминесцентных трубок — не происходит снижения разрешения при увеличении яркости изображения, благодаря чему можно без проблем смотреть «картинку» даже при ярком солнечном свете.
Современные микродисплейные технологии — это, во-первых, технология ЖК-устройств на тонкопленочных транзисторах с активной матричной адресацией (электрический контур, включающий в себя управляющие цепи для жидкого кристалла) на основе высокотемпературного поликремния и, во-вторых, технология формирования жидкокристаллических покрытий на поликристаллических структурах (это решение предпочитают японские производители) или на структурах «кремний на диэлектрике» (им отдают предпочтение в США). Последняя технология развивается наиболее стремительно, поскольку требуется лишь известная модификация стандартной кремниевой технологии для производства схем памяти. И именно по этой технологии изготавливаются cегодня дисплеи уровня high-end.
Но есть еще одна перспективная технология, технология создания микродисплеев на основе органических светоизлучающих диодов (OLED), которая имеет ряд несомненных преимуществ в сравнении с другими жидкокристаллическими плоскими панелями. Прежде всего, здесь намного выше качество изображения, особенно его яркость и контрастность. Кроме того, обеспечивается значительно больший угол обзора, в ряде моделей достигающий почти 160?, и существенно меньшее время отклика, что особенно важно при использовании этих панелей в приложениях с активной матричной адресацией. Наконец, изготовленные по этой технологии микродисплеи потребляют существенно меньшую мощность и имеют более тонкий корпус — к примеру, компании Kodak и Sanyo представили панель с активной матричной адресацией с диагональю 2,4 дюйма, которая потребляет всего 440 милливатт, тогда как аналогичная жидкокристаллическая панель на высокотемпературном поликремнии потребляет почти на 35% больше. Но преимущество этой технологии заключается в том, что она способна вследствие своих физических особенностей относительно дешево — хотя пока точные цифры неизвестны — осуществить так необходимое масштабирование микродисплеев.
Микродисплеи на основе OLED
Принцип работы микродисплеев на основе органических светоизлучающих диодов был открыт 15 лет назад, в 1987 году, сотрудниками Eastman Kodak Чин Вай Тангом и Стивеном ван Слайком. Фирма сразу же запатентовала свое ноу-хау и с того времени выдала 11 лицензий другим компаниям, которые продолжают развитие технологии. Tohoku Pioneer была первой компанией, которая в 1997 году представила на рынке коммерческий продукт в виде микродисплея с матрицей 256х64 пиксела для автомобильного радиоприемника. Первый сотовый телефон, оснащенный цветным микродисплеем, носил название Motorola; правда, технологию создания дисплея американцам предоставила все та же Tohoku Pioneer, которая, кстати, на сегодняшний день способна производить около 1 млн. панелей в месяц. Еще одну лицензию приобрела тайваньская компания RiTDisplay, производящая микродисплеи для ручных игровых устройств, коммерческие продажи которых начались год назад.
Kodak до сих пор является наиболее ярым сторонником технологии создания микродисплеев на основе органических светоизлучающих диодов. Еще ряд крупных компаний, таких как Sanyo, LG Electronics, Samsung, NEC, Sony, активно пытаются извлечь коммерческие выгоды от использования этой технологии. TDK построила небольшую технологическую линию и уже начала развивать коммерческую деятельность по оснащению стереодисплеями японских автомобилей.
Компания FED разработала устройства с диагональю 2 см и SXGA-разрешением с 256-уровневой серой шкалой. В дальнейших планах компании — разработка дисплеев форматов XGA и SVGA.
Для микродисплеев на основе органических светоизлучающих диодов можно использовать гораздо более простые просмотровые головки или очки, чем для других типов жидкокристаллических дисплеев, потому что средства просмотра не нужно строго ориентировать. Оптическая система микродисплеев на основе органических светоизлучающих диодов исключительно проста, фактически это всего-навсего увеличитель, который «доводит» изображение до глаза.
В отличие от других жидкокристаллических экранов микродисплеи на основе органических светоизлучающих диодов практически не подвержены влиянию вибрации и поэтому могут быть использованы в автомобилях, поездах и самолетах.
Что же касается военных применений вибрационно-стойких микродисплеев на основе органических светоизлучающих диодов, то их использование становится все более широким. Так, например, компания eMagin заключила контракт с ВМС США на сумму более 5 млн. долл. на разработку «головного» микродисплея с высоким разрешением в условиях интенсивного освещения. Создан опытный образец с диагональю экрана 1,96 см, разрешением 1280х1024 пиксела, потребляющий всего 200 мВт. Дисплей содержит около полутора миллионов элементов изображения размером 12х12 мкм. В планах компании — создание образца с яркостью свечения в 200 раз выше, чем у дисплеев для портативных персональных компьютеров. Подобные микродисплеи предполагается устанавливать на истребителях F15.
Проекционные возможности микродисплеев
Микродисплей является своеобразным «кирпичиком», на основе которого строятся современные проекционные системы, такие как мониторы компьютеров, широкоэкранные телевизионные системы или мультимедийные проекторы.
|
| ЖК-микродисплеи все активнее используются для создания персональных электронных средств, к которым можно отнести устройства на основе видоискателей (компоненты цифровых камер, оружейные прицелы и т.д.) и «головные» изделия (устройства отображения информации с видеосистем или компьютеров) |
|
| Микродисплей является своеобразным «кирпичиком», на основе которого строятся современные проекционные системы, такие как мониторы компьютеров, широкоэкранные телевизиоры или мультимедийные проекторы |
Что же касается микрозеркальной технологии и технологии создания дисплеев на высокотемпературном поликремнии, то для них достаточно давно созданы стандарты проектирования на три системы. Так, например, уже более десяти лет компания Texas Instruments на основе цифровой микрозеркальной технологии выпускает микродисплеи для портативных проекционных систем, мультимедийных систем и для коммерческих кинотеатров.
Микродисплеи и персональные электронные средства
Жидкокристаллические микродисплеи все активнее используются для создания персональных электронных средств, к которым можно отнести устройства на основе видоискателей (компоненты цифровых камер, оружейные прицелы, GPS-приемники, микроскопы, приборы для коррекции зрения, сотовые телефоны со встроенными видоискателями) и «головные» изделия (бинокулярные и монокулярные устройства отображения информации с видеосистем или компьютеров, DVD-проигрыватели).
Спектр персональных электронных средств на основе микродисплеев исключительно широк. Так, компания Minolta производит цифровые фотокамеры с видоискателями производства Displaytech с информационной емкостью 320х240 пикселов (QVGA), причем окружающее освещение не оказывает влияния на оптическую систему микродисплея, что позволяет получить высокий контраст как в темноте, так и при ярком солнечном свете. Компания Polaroid недавно представила быстродействующее цифровое печатающее устройство для фотокамеры на основе жидкокристаллической панели формата QVGA.
На сегодняшний день в приборах на основе видоискателей наиболее популярен формат QVGA. Компания Kopin за прошлый год произвела около 200 тыс. жидкокристаллических панелей, а Displaytech только за вторую половину 2001 года — 700 тыс. панелей. Разработку QVGA-устройств активно ведет также компания Zight. Таким образом производство микродисплеев для устройств на основе видоискателей имеет вполне радужные перспективы.
«Головные» изделия имеют формат VGA (600х480 пикселов), реже SVGA (800х600 пикселов), а и в исключительных случаях, в очень дорогих устройствах — SXGA (1280х1024 пиксела).
Вышли на рынок и приборы, которые можно назвать «подносимыми к глазу». Фактически это те же видоискатели, но с более высоким разрешением, чем разрешение QVGA. К этим устройствам относятся, например, VGA-микродисплеи eCase компании inViso и iCom компании Interactive Imaging Systems, которые можно подключать к сотовым телефонам.
Широко применяются микродисплеи и в устройствах доступа в Internet. Компания MicroDisplay в кооперации с Массачусетсским технологическим институтом разработала микротелефонную трубку с доступом в Internet, причем получение информации осуществляется интерактивным методом с помощью системы распознавания речи. Этой разработкой сразу же заинтересовались американские военные, давно мечтающие получить доступ к информации посредством речевых запросов; в планах Управления перспективного планирования Министерства обороны США значится создание подобного нового и эффективного средства.
Рынок микродисплеев
Сегодня положение микродисплейного рынка устойчиво и никаких потрясений на нем не ожидается. Эксперты аналитической фирмы Stanford Research выделяют следующие основные тенденции развития рынка микродисплеев. Во-первых, в ближайшие пять лет доля жидкокристаллических панелей на кремнии для видоискателей будет непрерывно возрастать и достигнет 40% мирового рынка. Во-вторых, существенно возрастут продажи — как в натуральном, так и в стоимостном выражении — микроэлектромеханических систем для проекционных телевизоров, к 2007 году доля этих систем в мировом объеме продаж телевизионных приемников составит не менее 50%. В-третьих, в ближайшие пять лет мировой объем продаж «головных» микродисплеев возрастет более чем в 20 раз. Это естественно, потому что непрерывно возрастает спрос на специализированные, военные, промышленные и медицинские системы на основе таких микродисплеев в рамках многочисленных оборонных программ и программ по безопасности. Особенно усилился спрос на такие изделия после известных террористических актов в 2001 году. В-четвертых, столь стремительный рост рынка микродисплеев приведет к столь же стремительному росту потребления кремниевых пластин.