Уходят в прошлое ЭЛТ-дисплеи. На смену им пришли ЖК-экраны — легкие, экономичные и даже, можно сказать, заманчиво красивые, что присуще лишь новой технике. Хотя и остались проблемы со стабильностью цветопередачи и сроком службы, прогресс налицо. Подтверждение тому — анонс производителями профессиональных дисплеев ЖК-мониторов для дизайнеров с функциями калибровки цвета. В общем, о ЖК-технологии следует сказать, что все только начинается. Однако еще два года назад мы писали («Мир ПК», №6/02, с. 24) о дисплеях на органических полупроводниках (OLED — Organic Light Emitting Diodes), готовых принять эстафету от ЖК-собратьев.

Покопаемся внутри

Сначала коротко об истории создания технологии OLED. Эти органические полупроводники синтезированы в 1987 г. компанией Kodak. Действие светодиода основывается на рекомбинации дырок (положительных зарядов) и электронов (отрицательных зарядов) в области p — n-перехода (в OLED проводимость «дырочная»). Как при соприкосновении воды с раскаленным металлом возникает пар, так и при рекомбинации часть энергии высвобождается в виде света. По сравнению, например, с лампами накаливания полупроводники имеют более высокий КПД, т.е., значит, потребляют меньше энергии при одинаковой светимости (в обычных лампах более 90% энергии тратится на нагрев спирали). В органическом диоде катод и анод разделяет слой органического вещества, светящегося при пропускании через него тока. От состава этого вещества и зависит спектральный состав света. Сейчас технологии формирования органического слоя делятся на микромолекулярную SM-OLED (ее разработчики Kodak, IBM, UDX) и полимерную PLED (DuPont, Philips), созданную в 1990 г. в Кембриджском университете. Если в первом случае используются процессы конденсации веществ на подложку, то во втором — напыление или специализированная струйная печать полимерами.

Предпосылки к переменам

Основное преимущество OLED — способность испускать свет, в то время как жидкие кристаллы лишь «вырезают» нужные цветовые составляющие из белого света от ламп подсветки. Благодаря этому можно получать на экране точки с точным цветом при минимуме паразитных примесей во всем видимом спектре (всех нужных длин волн, от красного до синего цвета). Среди существующих устройств подобное обеспечивают лишь ЭЛТ-дисплеи (ну и, может, еще плазменные панели). Таким образом, OLED сочетает в себе лучшие свойства ЭЛТ-мониторов (непосредственное излучение требуемого цвета точками экрана) и ЖК-дисплеев (компактность, легкость, низкое энергопотребление). В идеале производители предполагают создать дисплеи со структурой пиксела, аналогичной ЭЛТ, т.е. с триадами точек красного, зеленого и синего цветов. Причем подобно использованию трех видов люминофоров для получения разных цветов, в органических дисплеях (OELD — Organic Electro Luminance Display on organic light emitting diodes — официальное название и потому оно такое длинное) также применяются три разных материала, создающие три базовых цвета. Однако имеются и варианты со светофильтрами, которые, видимо, продержатся недолго, так как они ориентированы лишь на снижение стоимости в начале массового выхода технологии на рынок.

Рис.1. Схема пассивной матрицы

Как и все плоскопанельные устройства отображения информации, органические дисплеи различаются по способу подачи тока на светоизлучающее покрытие. Они подразделяются на дисплеи с пассивными и активными (TFT) матрицами. Пассивные матрицы (рис.1) образуются наложением сверху и снизу на полупроводниковое покрытие анодных и катодных токоподающих пластин. При подаче тока на одну из катодных и одну из анодных пластин в точке их скрещивания напряжение превышает пороговое значение — проходит ток и излучается свет. Сейчас такая схема из-за сложности промышленного применения в производстве настольных дисплеев (где несколько миллионов точек, и через каждую надо провести контакты) используется в основном в небольших экранах мобильных устройств или в плазменных панелях, в которых размеры пикселов очень велики. Постепенно она вытесняется матрицами на тонкопленочных транзисторах (TFT — thin film transistor), которые позволяют создавать экраны с большим числом пикселов без значительного усложнения техпроцесса (рис.2).

Рис.2. Схема активной матрицы на тонкопленочных транзисторах

Первые успехи

Рис.3. Цифровой аппарат Kodak EasyShare LS633 имеет OLED-дисплей

Со слов разработчиков, особых иллюзий касательно органических дисплеев возникать пока не должно. Реальное положение дел, с одной стороны, очень даже неплохое — ими заинтересовались практически все производители мониторов, вкладывающие в развитие данной технологии немалые деньги. А с другой — до сих пор остающиеся проблемы с долговечностью экранов на OLED препятствуют их массовому выходу на рынок. Дело в том, что органика имеет свойство со временем разрушаться под действием природных факторов (воздух, влажность и др.). Следовательно, необходимо создавать практически идеально герметичные панели, а это потребует дополнительных затрат и усложнения техпроцесса. На первых порах из-за недостаточной герметичности даже возникали проблемы, связанные с, так сказать, высыханием или же набуханием органических материалов (и дисплеев ) вследствие испарения влаги или впитывания ее из воздуха. Сейчас максимальное время жизни экранов на органических полупроводниках составляет примерно 10 тыс. ч — для настольных систем и телевизоров явно недостаточно. В ближайшее время производители органических материалов обещают увеличить показатель долговечности до 15 тыс. ч и более. Однако не только телевизором единым жив человек. Оказывается, для мобильных устройств (телефоны, КПК и т.п.) достаточно указанного времени работы! Уже в 2003 г. на выставке «Связь-Экспокомм» фирма Samsung продемонстрировала сотовый телефон с экраном типа OLED. Компания DuPont продвигает проект Olight (www.olight.com). Его цель — внедрение дисплеев с технологией OLED в различные бытовые устройства (часы, сегментные информационные табло и др.) Компания Kodak представила цифровую камеру EasyShare LS633 с полноцветным 2,2-дюймовым OLED-дисплеем на активной матрице с разрешением 512x218 точек (рис.3). Так что дисплеи c технологией OLED уже появились на рынке, но пока могут эффективно конкурировать с ЖК-матрицами лишь при размерах экрана до 2 дюймов по диагонали.

Рис.4. Сотовый телефон Sanyo с OLED-дисплем

Ожидание

На различных компьютерных выставках мирового масштаба вроде CeBIT представлять всевозможные устройства с органическими дисплеями уже стало хорошей традицией. Так, в последнее время демонстрировались смартфоны для сетей 3G и КПК, а также большие цельные и модульные панели для настольных ПК. Безусловными лидерами по количеству представленных прессе прототипов и решений на их основе стали компании Kodak и Sanyo Electric, объединившие свои усилия для разработки собственных органических материалов и технологий, используемых в производстве дисплеев. Кроме вышеупомянутой фотокамеры в сентябре 2003 г. фирма Kodak совместно с Intel предложила прототип мобильного устройства под условным названием «коммуникатор» с ярким цветным OLED-дисплеем. Компания Sanyo представила сотовый телефон с 2,16-дюймовым дисплеем при разрешении 521х281 точку (рис.4), а также анонсировала прототип 15-дюймового телевизионного дисплея с разрешением 1280х720 (стандарт НDTV). По мнению специалистов, познакомившихся с ним на выставке CEATEC в Японии, по качеству изображения дисплей уже сравним с имеющимися коммерческими аналогами телевизионных дисплеев на жидких кристаллах. Кроме того, там демонстрировался портативный телеприемник с 5-дюймовым OLED-экраном. Промышленное производство обоих устройств планируется начать в 2006 г.

Рис.5. Epson представила прототип 40-дюймового (!) OLED-дисплея

Более солидный по размерам образец показала компания IDTech (совместное предприятие IBM Japan и производителя материалов Chi Mei). Он имеет диагональ 20 дюймов и разрешение 1280х768 точек, т.е. в качестве компьютерного монитора он не подойдет, но послужит отличным телевизором высокой четкости. Примечательно, что потребляемая мощность составляет лишь 25 Вт при яркости в 300 кд/м2. До недавнего времени он считался самым большим цельным OLED-дисплеем, однако 21 мая 2004 г. рекорд IDTech был побит корпорацией Seiko Epson, представившей яркую во всех смыслах новинку — панель с диагональю 40 дюймов (рис. 5)! И это при том, что ранее название Epson у рядового потребителя ассоциировалось скорее со струйными принтерами. Но именно струйные технологии и помогли создать этот телевизор. Похоже, при хорошем положении дел на рынке устройств отображения информации наряду с именитыми производителями появится много и таких, которые ранее вообще не имели отношения к подобного рода продукции.

Впрочем, не обязательно создавать цельные экраны. Корпорация Sony представила модульный дисплей формфактора 2х2 (из четырех частей) c диагональю 24 дюйма. Он демонстрирует еще одно немаловажное достоинство OLED-экранов — «швы» в месте стыковки четырех экранных панелей практически незаметны. Работы по улучшению характеристик OLED-дисплеев продолжаются. В июле 2004 г. Casio Computer заявила, что смогла утроить яркость мониторов типа OLED. Доработка структуры светоизлучающего слоя позволила добиться яркости 450 кд/м2, что сравнимо с показателями существующих плазменных и ЖК-панелей. Улучшения были достигнуты благодаря созданию промежуточного слоя, устраняющего утечку электронов между подложкой и светоизлучающим слоем. Экспериментальная модель имеет диагональ 2 дюйма, но к 2006—2007 гг. компания Casio планирует выпустить в розничную продажу 30- и 46-дюймовые изделия.

Наряду с этими гигантами есть и множество мелких, с диагональю до 3 дюймов. В этой области работают такие известные компании, как Philips, Toshiba, Fuji и др. Не стоит торопиться верить всем заявлениям. Иногда в Интернете появляются мистификации. Например, на сайте www.supervideo.com появилась просто сенсационная новость о ноутбуке Toshiba SuperClear на базе 3,06-ГГц Intel Pentium 4 с 15-дюймовым органическим дисплеем и всего-то за 2200 долл. Увы, за исключением данного сайта, сия чудесная модель больше нигде не встречается. Toshiba же скромно отмалчивается.

Итоги

Несмотря на повсеместные оптимистические заявления компаний — производителей дисплеев о намерении вкладывать большие средства в развитие технологии, прогресс идет как-то вяло. За два года, прошедших с нашей первой публикации, в коммерческую продажу вырвались единичные экземпляры, а большинство производителей ограничивается пока опытными образцами. Видимо, 2005 г. станет переломным, и через год мы увидим массовые продажи OLED-экранов, причем спектр их применения будет весьма широк. Так, можно уложить диоды на гибкую подложку или сделать экран прозрачным.

В общем, как видите, есть о чем помечтать. Вот только хотелось бы, чтоб мечты эти побыстрее и, главное, покачественнее воплощались в жизнь. Ну а пока в Силиконовой долине активно работают селекционеры, взращивающие плоды органики и щедро удобряющие ее миллионами долларов .

С автором можно связаться по электронной почте rizvanov_ruslan@mail.ru

Гибрид кредитки и купюры

В будущем остаток можно будет просто посмотреть на кредитке

Поскольку органические диоды сами являются источниками света, дисплеи на их основе лишены проблем с углами обзора, присущими ЖК-экранам. Угол обзора органического дисплея аналогичен плоскоэкранному дисплею с ЭЛТ и превышает 160o, причем цветопередача не зависит от угла, под которым на него смотрят. Из-за отсутствия громоздких конструктивных частей (вроде ламп задней подсветки в ЖК-мониторах) размеры OLED-устройств могут исчисляться миллиметрами. У существующих прототипов толщина самого экрана (вне корпуса и без электронной начинки) составляет 1,4 мм, половина ее приходится на стеклянную подложку. Технология FOLED (Flexible OLED) позволяет наносить органический светоизлучающий слой на гибкую полимерную подложку, а потенциально низкое энергопотребление дает возможность использовать органические диоды в самых фантастических проектах, например в пластиковых карточках Giesecke&Devrient для отображения остатка условных единиц на поверхности самой карточки.

Пока все описанные выше устройства существуют только в виде прототипов. Текущее состояние OLED-отрасли хорошо отслеживается на частной страничке Вилли Гропнера www.members.aol.com/sojourner009/ panl/chronological.htm(на английском языке). Просто колоссальная работа!