Преимущества и недостатки ЖК

ЖК-мониторы

 

Процесс изготовления

Процесс изготовления ЖК-панелей очень схож с производством полупроводников.

 

 

На стекло наносится слой хромовых проводников для создания проводящей структуры транзисторов и запоминающих конденсаторов. Затем добавляется тонкий слой оксида кремния, который будет работать в качестве диэлектрика для затворов транзисторов и конденсаторов. После этого для создания канала транзистора наносится слой аморфного кремния. Затем две зоны транзистора легируются N+ для создания стока и истока. Наконец, наносится слой металлических проводников, чтобы связать транзистор (слева) с запоминающим конденсатором (справа). Этот слой также обеспечивает подключение к металлической шине данных. Хромовая решётка, соединяющая все транзисторы в строчке, работает в качестве горизонтальной адресной линии. Наконец, весь комплекс покрывается оксидной плёнкой для защиты компонентов.

Так как транзистор на аморфном кремнии имеет не такие хорошие характеристики, как транзистор на легированной подложке, к решётке прикладывается отрицательное напряжение (-5 В), которое гарантирует, что транзистор открыт (выключен). Как только транзисторный слой будет нанесён, можно добавлять жидкие кристаллы.

 

 

Чтобы две стеклянные пластины не соприкасались друг с другом, добавляется специальный разделитель (spacer). Затем наносятся жидкие кристаллы и электроды из оксида индия и олова. После этого добавляются цветовые фильтры (в нашем случае зелёный), передняя стеклянная панель и ещё один поляризатор, ось которого перпендикулярна оси первого поляризатора.

Над транзистором наносится чёрный фильтр. Причина проста: в этой области напряжение не контролируется, в отличие от пространства под электродом. Оно зависит от напряжения в линии данных, которое может меняться даже тогда, когда наш пиксель вовсе не адресуется. Поэтому лучше "замазать" эту область, чтобы она не влияла на результат.

 

Компенсация времени отклика

 

Суть технологии компенсации времени отклика (RTC, Response Time Compensation) состоит в том, что при необходимости изменить состояние пикселя ЖК-панели на него на короткое время подается "разгонный" импульс напряжения, заставляющий кристаллы поворачиваться с максимально возможной скоростью. В момент, когда кристаллы достигают нужного положения, импульс прекращается, и на ячейку подается напряжение, необходимое для удержания этого положения.

Основная проблема с временем отклика – в квадратичной зависимости действующей на кристаллы силы от приложенного к ЖК-ячейке напряжения (или, точнее, от созданного этим напряжением электрического поля). Метод решения этой проблемы давно известен в технике под названием форсированный запуск.

 

Выше на графике сплошной линией обозначена временная диаграмма работы обычной ЖК-ячейки: красный цвет – приложенное к ней напряжение, синий – яркость этой ячейки (пусть для простоты нулевое напряжение означает нулевую яркость). В некоторый момент времени монитору требуется изменить яркость данной ячейки с нулевой на некоторое промежуточное (но не максимальное значение) – электроника монитора рассчитывает и подаёт на ячейку напряжение V0, соответствующее необходимому углу поворота жидких кристаллов; далее это напряжение удерживается постоянным до тех пор, пока не возникнет необходимость снова изменить яркость ячейки.

Однако можно поступить и иначе – этот вариант указан пунктирными линиями. При необходимости изменить яркость ячейки электроника монитора подаёт на неё такое напряжение, при котором кристаллы развернутся на заданный угол аккурат к началу следующего кадра. В новом же кадре напряжение будет снижено до уровня V0 – таким оно должно быть, чтобы удерживать заданный угол поворота кристаллов. В результате мы получаем монитор, для которого любой переход между любыми промежуточными полутонами может быть завершён ровно за один кадр – причём, прошу заметить, собственная частота кадров ЖК-матрицы совершенно не обязана зависеть от частоты кадров, установленной на видеокарте компьютера, а потому длительность этого кадра может быть и меньше стандартных для ЖК-мониторов 16,7 мс (частота кадровой развёртки 60 Гц).

 

Совершенно аналогично эта схема работает и при необходимости переключиться из яркого тона в более тёмный – за тем лишь исключением, что "разгонный импульс" теперь будет отрицательным. На рисунке выше он также показан пунктиром.

Схема RTC работает на самом низком уровне из возможных – с сигналом, поступающим уже непосредственно на матрицу. Дело в том, что величина разгонного импульса зависит только от того, в каком положении пребывают кристаллы в данный момент, и в какое положение их требуется развернуть.

Схема RTC является неотъемлемой принадлежностью монитора и в своей работе никак не связана ни с видеокартой, ни с драйверами, ни с операционной системой, ни с какими-либо ещё элементами внешнего окружения.

Очевидно, что из-за нелинейной и немонотонной зависимости времени переключения пикселя от градаций серого, между которыми он переключается, параметры разгонного импульса должны рассчитываться электроникой монитора каждый раз индивидуально, в зависимости от того, в каком состоянии пиксель находится в данный момент, и в какое состояние его надо переключить. Для этой цели в схеме RTC обязательно есть кадровый буфер, в котором хранится предыдущий кадр – при приходе же нового кадра он сравнивается с содержимым буфера, и для тех пикселей, значение которых изменилось, рассчитывается величина разгонного импульса.

Кроме описанного выше механизма "затормаживания" кристаллов существует и ещё один, менее очевидный – он связан с тем, что при повороте кристаллов меняется электрическая ёмкость ячейки, в которую они заключены. Ячейки ЖК-матрицы подключены к источнику питания не непрерывно – нужное напряжение на них устанавливается коротким импульсом с периодичностью кадровой развёртки, а после прохождения импульса поддерживается за счёт того, что каждая ячейка является конденсатором. К сожалению, ёмкость этого конденсатора не постоянна – она зависит от положения кристаллов.

Возможны, разумеется, два варианта – когда величина импульса занижена и, наоборот, когда она завышена. В первом случае никаких новых эффектов не появляется – лишь смаз изображения будет чуть больше, чем он мог бы быть, но, впрочем, всё равно намного меньше, чем на мониторах с аналогичными матрицами, но без RTC.

 

 

Второй случай представлен на картинке выше – сплошной линией обозначена нормальная работа RTC, а пунктирной – работа при завышенной величине импульса. Очевидно, что к концу первого кадра (когда разгонный импульс будет снят) яркость пикселя успеет не только достичь заданного уровня, но и превысить его. После снятия импульса яркость через некоторое время (определяемое инерционностью матрицы) опустится до нужного значения.

Интересен этот случай тем, что создаёт новый вид артефактов, в принципе невозможный на мониторах без RTC – на движущихся изображениях могут появляться полосы, более светлые, чем и сам движущийся объект, и фон. Ниже приведены две фотографии чёрной надписи, движущейся справа налево по серому фону: первая сделана на мониторе Samsung SyncMaster 194T, в котором используется обычная PVA-матрица без RTC – мы видим самое обычное "жидкокристаллическое" смазывание, причём, из-за особенностей PVA-матриц, очень сильное, надпись читается с большим трудом.

Вторая фотография снята ровно в тех же условиях, но на мониторе Samsung SyncMaster 930BF, сделанном на базе TN+Film-матрицы с RTC. Отлично видно, что чёрная надпись, двигаясь по серому фону, оставляет за собой отчётливую светлую тень:

В случае ошибки расчета импульса происходит пересвет пикселя, который отрицательно скажется на реальности цветопередачи и будет проявляться в виде послесвечения движущегося объекта.

Как показывает практика, все выпущенные на данный момент мониторы с RTC страдают этим недостатком, причём в разной степени – "промахи" могут составлять от единиц до десятков процентов.

Наибольшую пользу технология компенсации времени отклика принесёт – и уже приносит – технологиям PVA и MVA, для которых очень большое время отклика на переходах между полутонами всегда являлось серьёзной проблемой, делая эти мониторы пригодными фактически только для работы, но не для игр. Как мы видим, по крайней мере на новых моделях с PVA-матрицами, с помощью RTC удалось достичь очень существенного снижения времени отклика для большинства тонов, кроме самых тёмных – и, вероятно, по мере дальнейшего совершенствования схем RTC будет решена и эта проблема. Впрочем, уже сейчас можно наконец-то сказать, что мониторы на PVA-матрицах с RTC стали пригодны не только для работы, но даже и для многих динамичных игр – а это в сочетании с очень хорошими прочими параметрами и доступностью на рынке делает их весьма и весьма интересным выбором для домашнего использования.

Сейчас мы видим только первое мониторов с RTC, но даже они уже обеспечивают заметно лучшее время отклика, хоть и ценой появления нового типа артефактов. По мере же совершенствования схемотехники и алгоритмов работы RTC можно надеяться, что время отклика будет уменьшаться, а артефакты если и не исчезнут совсем, то станут пренебрежимо малыми.

 

Сфера использования

 

Конечно, областью превосходства ЖК-мониторов над любой другой плоскопанельной технологией можно считать компьютеры. Сегодня ЖК-мониторы можно использовать для любых целей, включая игры, офисные приложения и даже обработку фотографий.

Но в сфере ТВ ситуация иная. Здесь ЖК отстаёт от плазмы, но ЖК-дисплеи дешевле, да и размеры диагонали у них более разумны. По абсолютному качеству картинки плазма по-прежнему лидирует, так как она даёт глубокий чёрный цвет, на уровне ЭЛТ, великолепные углы обзора и сочные цвета. Впрочем, ЖК-панели сегодня медленно, но верно ликвидируют своё отставание, постоянно совершенствуясь.

LEP-технология

 

Иная альтернатива развития мониторов, не связанная с существующими наработками, - технология изготовления и использования дисплеев на основе так называемых светоизлучающих пластиков. Светоизлучающие пластики (Light Emission Plastics) - сложные полимеры с рядом интересных свойств. Вообще-то, использование пластических полимерных материалов в качестве полупроводников началось уже довольно давно, и встретить их можно в самых различных отраслях техники, в том числе и в бытовой электронике, включая персональные компьютеры. Однако некоторые представители этого семейства обладали и довольно необычным свойством - способностью эмитировать фотоны под воздействием электрического тока, то есть светиться. Поначалу КПД полимерных светильников был крайне низким, и соотношение излучаемого света к затраченному потоку электронов измерялось долями процента. Но в последнее время компания Cambridge Display Technology существенно продвинулась в разработке светоизлучающего пластика и повысила эффективность этих материалов в сотни раз. Сейчас с уверенностью можно сказать, что LEP сравнились по своей функциональности с привычными светодиодами. Поэтому на повестку дня стал вопрос об их практическом применении. LEP необычайно просты и дешевы в производстве.

 

LEP-технология

 

В принципе, LEP-дисплей представляет собой многослойный набор тончайших полимерных пленок. Даже по сравнению с экранами на жидких кристаллах пластиковые мониторы кажутся совсем тонкими - всего пары миллиметров вполне достаточно для воспроизводства на них качественного изображения. По многим же параметрам светоизлучающие пластики превосходят всех своих конкурентов. Они не подвержены инверсионным эффектам, что позволяет менять картинку на таком дисплее с очень высокой частотой. Для работы LEP расходуют электрический ток слабого напряжения, да и вообще отличаются низкой электроемкостью. Кроме того, то, что пластик сам излучает, а не использует отраженный или прямой поток от другого источника, позволяет забыть о тех проблемах, с которыми сталкиваются производители мониторов на жидких кристаллах, в частности - ограниченного угла обзора. Конечно, не обошли эту еще молодую технологию и свои специфические проблемы, такие, например, как ограниченный срок службы полимерных матриц, который сегодня намного меньше, чем у электронных трубок и ЖК-дисплеев. Другая проблема касается воспроизведения светоизлучающим пластиком цветных изображений.

 

 

Каждым пикселем первого полимерного дисплея управлял отдельный тонкопленочный транзистор (TFT), а светоизлучающий полимер наносился на коммутирующую матрицу в жидком виде по технологии, аналогичной стандартной струйной печати (IXBT). С разрешением 800х236 точек, площадью в 50 кв. мм он дисплей имел толщину 2 мм

Главными преимуществами являются простота и дешевизна производства, а также возможность синтеза новых материалов с заданными свойствами. Главными недостатками - непродолжительный срок службы и низкая мобильность зарядов вследствие аморфной структуры пластика. Однако, в последнее время недостатки постепенно удается преодолеть, в частности, за счет применения многослойных материалов.

Достоинства технологии

 

Во-первых, всем понравится, что эти дисплеи гибкие и плоские, и называть их "экраном" язык не поворачивается. На гибкое прозрачное покрытие напыляют светоизлучающие полимеры, к подложке подводят слабый ток. Благодаря влиянию соседних электронов, которое объясняется изоляционными свойствами полимера, "это" излучает свет, формируя изображение. Причём, светоизлучающий пластик может наноситься на любую гибкую подложку больших размеров. В части размеров, описания ограничиваются многообещающим "большим". Представляется экран размером с дом, но говорят, что "пластмассовый дисплей" произведёт переворот как раз наоборот — в маленьких устройствах.

Во-вторых, "полимерные мониторы" потребляют мало энергии, что опять же на руку владельцам тех устройств, что работают на батарейках и аккумуляторах: LEP-дисплеи работают при пяти вольтах.

В-третьих, изображение можно получать с угла в 180 градусов, что, по сравнению с ЖК, которые дают картинку в диапазоне 160 градусов, тоже неплохо.

В-четвёртых, изображение более качественное. Здесь остается полагаться на описания — пока мы видеть LEP не видывали.

В-пятых, они лёгкие. Их вес позволит модифицировать все существующие портативные устройства — в первую очередь LEP-мониторы облегчат (буквально) "дисплейные очки". Плюс, конечно, уже существующие мобильные телефоны с LEP-окошками, дисплеи ноутбуков, калькуляторы, видеокамеры и цифровые фотоаппараты. Причём, "экрану" можно придавать любую (!) форму.

Представители компании говорят, что путь LEP-технологии на рынок не многим отличается от пути ЖК: также от калькуляторов и наручных часов — к мониторам.

Кроме того, считается, что в процессе "коммерческой адаптации" устраняются недоработки технологии и у потребителя психологически "прививается" вкус. Иначе говоря, наблюдается идейное насаждение и проба сил на рынке.

 

Применение

 

Достаточно логично, что первым коммерческим применением проводящего пластика стали проводники. На данный момент такие пластики по проводимости приближаются к меди и имеют срок службы порядка 10 лет. Они применяются (в частности, компанией Matsushita) для изготовления электродов в батареях, проводящего покрытия электростатических динамиков, антистатических покрытий, и, что особенно важно, для нанесения проводящих дорожек на печатных платах. Глобальной целью в этом направлении компания CDT считает ни много, ни мало - вытеснение меди в качестве материала для изготовления проводящих дорожек печатных плат. Правда, для этого необходимо еще увеличить срок службы и повысить проводимость пластика.

Однако наиболее интересным применением пластиковых полупроводников на данный момент является создание разного рода устройств отображения информации на их базе. О том, что полупроводящий пластик под действием электрического тока может испускать фотоны (то есть, светиться), знали давно. Но крайне низкая (0.01%) квантовая эффективность этого процесса (отношение числа испущенных фотонов к числу пропущенных через пластик зарядов) делала практическое применение этого эффекта невозможным. За последние 5 лет компания CDT совершила прорыв в этом направлении, доведя квантовую эффективность двуслойного пластика до 5% при излучении желтого света, что сравнимо с эффективностью современных неорганических светодиодов (LED). Помимо повышения эффективности удалось расширить и спектр излучения. Теперь пластик может испускать свет в диапазоне от синего до ближнего инфракрасного с эффективностью порядка 1%.

По заявлению технического директора CDT Ltd. Пола Мея (Paul May), компании удалось достичь срока службы более 7000 часов при 20Со и около 1100 часов при 80Со без ухудшения характеристик для устройств, произведенных и эксплуатирующихся в нормальных атмосферных условиях, и срока хранения устройств при воздействии яркого света и повышенной температуры без потери работоспособности (shell-life) более 18 месяцев. С использованием "инкапсуляции", то есть помещения устройств в специальный защитный корпус, "срок хранения" возрастает до 5 лет, что на данный момент является фактическим стандартом. При этом компания продолжает работы в этом направлении, стремясь довести срок жизни LEP-устройств хотя бы до 20000 часов, что, по мнению инженеров компании, достаточно для большинства применений.

О том, что промышленный мир серьезно относится к LEP-технологии, свидетельствует покупка компанией Philips Components B.V. лицензии на использование этой технологии и инвестиции Intel в компанию CDT. Итак, что же есть у компании на сегодняшний день.

 

Плазменные дисплеи

 

 

Плазменная панель представляет собой матрицу газонаполненных ячеек, заключенных между двумя параллельными стеклянными поверхностями. В качестве газовой среды обычно используется неон или ксенон. Разряд в газе протекает между прозрачным электродом на лицевой стороне экрана и адресными электродами, проходящими по его задней стороне. Газовый разряд вызывает ультрафиолетовое излучение, которое, в свою очередь, инициирует видимое свечение люминофора. В цветных плазменных панелях каждый пиксель экрана состоит из трёх идентичных микроскопических полостей, содержащих инертный газ (ксенон) и имеющих два электрода, спереди и сзади. После того, как к электродам будет приложено сильное напряжение, плазма начнёт перемещаться. При этом она излучает ультрафиолетовый свет, который попадает на люминофоры в нижней части каждой полости. Люминофоры излучают один из основных цветов: красный, зелёный или синий. Затем цветной свет проходит через стекло и попадает в глаз зрителя. Таким образом, в плазменной технологии пиксели работают, подобно люминесцентным трубкам, но создание панелей из них довольно проблематично. Первая трудность — размер пикселя. Суб-пиксель плазменной панели имеет объём 200 мкм x 200 мкм x 100 мкм, а на панели нужно уложить несколько миллионов пикселей, один к одному. Во-вторых, передний электрод должен быть максимально прозрачным. Для этой цели используется оксид индия и олова, поскольку он проводит ток и прозрачен. К сожалению, плазменные панели могут быть такими большими, а слой оксида настолько тонким, что при протекании больших токов на сопротивлении проводников будет падение напряжения, которое сильно уменьшит и исказит сигналы. Поэтому приходится добавлять промежуточные соединительные проводники из хрома — он проводит ток намного лучше, но, к сожалению, непрозрачен.

Наконец, требуется подобрать правильные люминофоры. Они зависят от требуемого цвета:

•   Зелёный: Zn2SiO4:Mn2+ / BaAl12O19:Mn2+

•   Красный: Y2O3:Eu3+ / Y0,65Gd0,35BO3:Eu3

•   Синий: BaMgAl10O17:Eu2+

Три этих люминофора дают свет с длиной волны между 510 и 525 нм для зелёного, 610 нм для красного и 450 нм для синего.

Последней проблемой остаётся адресация пикселей, поскольку, как мы уже видели, чтобы получить требуемый оттенок нужно менять интенсивность цвета независимо для каждого из трёх суб-пикселей. На плазменной панели 1280x768 пикселей присутствует примерно три миллиона суб-пикселей, что даёт шесть миллионов электродов. Как вы понимаете, проложить шесть миллионов дорожек для независимого управления суб-пикселями невозможно, поэтому дорожки необходимо мультиплексировать. Передние дорожки обычно выстраивают в цельные строчки, а задние — в столбцы. Встроенная в плазменную панель электроника с помощью матрицы дорожек выбирает пиксель, который необходимо зажечь на панели. Операция происходит очень быстро, поэтому пользователь ничего не замечает, — подобно сканированию лучом на ЭЛТ-мониторах.

Преимущества

 

 

Плазменная технология имеет отдельные преимущества над ЖК. Во-первых, люминофоры для плазменного телевизора обеспечивают более сочные цвета в более широком диапазоне. Цветовой диапазон плазменных экранов намного шире, чем у ЖК-телевизоров. Если сравнивать с ЭЛТ-мониторами, то цветовой диапазон "плазмы" в ряде случаев бывает хуже, поскольку у ЭЛТ условия для возбуждения люминофора гораздо лучше: энергия электронов выше, чем у УФ-излучения.

 

 

Затем, углы обзора шире, чем у ЖК-дисплеев. Основной причиной является то, что пиксели в "плазме" как бы сами излучают свет, а у ЖК-мониторов свет от лампы подсветки проходит через кристалл пикселя. Кроме того, плазменным панелям не нужен поляризатор.

Наконец, контрастность "плазмы" аналогична лучшим ЭЛТ-телевизорам. Основная тому причина - глубокий чёрный цвет. Выключенный пиксель не излучает цвет совсем, в отличие от пикселей ЖК. Кроме того, плазменные телевизоры обладают большей яркостью, чем ЭЛТ-мониторы, обеспечивая от 900 до 1000 кд/м². Здесь есть нюанс. В отличие от ЭЛТ и ЖК в "плазме" физически невозможно обеспечить такую яркость по всему экрану. Только на отдельных площадях. Дело в том, что для запитки такого "кипятильника" потребуется источник мощностью несколько киловатт. А мощные драйверы микросхем управления просто расплавятся! Поэтому то в плазме используется принудительное охлаждение вентиляторами. К сожалению, КПД преобразований "электрическая энергия - излучение" в плазме невысокий. Чтобы избежать этого явления применяется "военная хитрость" - анализируется суммарная потребляемая мощность. И если есть опасность превышения лимита - идёт принудительный сброс средней яркости экрана.

Также следует заметить, что плазменные дисплеи могут достигать больших размеров (с диагональю от 32" до 50") с минимальной толщиной. Это очень важное преимущество по сравнению с ЭЛТ-дисплеями, когда большой диагонали сопутствуют громоздкие габариты. Сейчас, кстати, есть приличные модели ЭЛТ-телевизоров с относительно небольшой толщиной.

 

Весомые недостатки

 

У плазменных панелей есть характерное свойство: большой размер пикселей. Достичь размера пикселя меньше 0,5 или 0,6 мм практически невозможно. Поэтому плазменные телевизоры с диагональю меньше 32" (82 см) попросту не существуют. Для обеспечения достойного разрешения у производителей плазменных панелей нет другого выбора, кроме как повышать размер дисплея с 32 до 50 дюймов (с 82 до 127 см).

Что касается качества картинки, то и здесь не всё гладко. Проблемы связаны с природой пикселей. Для излучения света пиксель плазмы требует электрического разряда. Он может либо гореть, либо не гореть, но промежуточного состояния нет. Потому для управления яркостью свечения производители используют метод импульсно-кодовой модуляции.

 

 

Метод такой. Чтобы пиксель горел ярко, его нужно часто зажигать. Для получения более тёмного оттенка зажигать пиксель можно реже. Глаз человека не заметит отдельные вспышки и усреднит значение яркости. Этот метод хорошо работает, но и не свободен от недостатков. Если средние и яркие оттенки отображаются вполне прилично, то тёмные оттенки страдают от недостатка света - их очень трудно отличить друг от друга.

Если получающаяся картинка с расстояния выглядит цельной, то на близком расстоянии вы вряд ли сможете ей наслаждаться. Установлено, что человеческий глаз не замечает мерцания с частотой выше 85 Гц, но это не всегда так.

По своей природе зрительная система состоит из собственно датчиков и "программы обработки" в мозге. Датчики относятся к интеграционному типу (с химической природой: разложение веществ под действием светового излучения, преобразование в электрические потенциалы и передача сигналов в мозг). Интегрирование параметров яркости и цвета происходит по времени и по площади. Если площадь объектов мала, то мерцание объектов мало заметно. Но если в поле зрения попадут объекты большей площади с модуляцией по яркости 85 Гц, то они будут обнаружены глазом! То есть датчиками, а не мозгом! Особую роль в деле обнаружения высокочастотных составляющих играет периферическое зрение. Именно оно и позволяет отлавливать компоненты 85-90 Гц.

Утомление глаз происходит вследствие того, что создаются некомфортные условия для спорадического сканирования поля зрения. Если обнаруживаются "опасные" объекты (с модуляцией, например, 85 Гц) то глазные мышцы стараются просканировать именно периферийную часть, которая имеет наибольшую чувствительность для локализации таких объектов. В обычной ситуации мышцы не рассчитаны на такие предельные нагрузки. Отсюда и накапливается усталость глаз. Дополнительная усталость возникает и в мозге. Принятые стимулы от "вибрирующих" пространственных объектов относятся к категории опасных, на фильтрацию событий тратятся дополнительные "мощности".

Чтобы избежать появления в изображении на плазменном экране артефактов и мерцания, связанных с ШИМ модуляцией, применяются изощрённые методы нелинейной импульсной модуляции с равномерным "размазываем" стимулов яркости по всему полю экрана.

К сожалению, полностью избавиться от мерцания на плазменных панелях не удаётся, особенно во время просмотра с близкого расстояния. Так что картинка на плазменном телевизоре больше, но и сидеть от экрана придётся дальше. Следовательно, большего погружения в фильм не получится.

Кроме того, у пикселей плазмы выгорает люминофор. На ЭЛТ-мониторе при долговременном выводе одной и той же картинки, она станет заметна на экране. После этого даже при смене картинки предыдущая будет видна, как будто она выгравирована на экране. Этот феномен связан с преждевременным старением люминофоров. Если они постоянно работают, то люминофоры стареют и становятся менее эффективными. Так как плазменные дисплеи тоже используют люминофоры, они выгорают точно так же, как и трубки телевизоров.

Впрочем, при стандартных условиях эксплуатации телевизора проблем возникнуть не должно, так как картинка на экране постоянно меняется, и пиксели стареют, более-менее, одинаково. Но для некоторых бизнес-применений (экран в магазине) могут возникнуть проблемы. Например, если на экране отображается один и тот же канал в режиме 24/7, то на нём могут выгореть пиксели логотипа (МТВ, НТВ и т.д.) - ведь они отображаются почти в каждом кадре. То же самое относится и к рекламным экранам, когда на них долго демонстрируется какая-либо картинка.

Именно этот феномен и ограничивает срок службы плазменных дисплеев. Несмотря на слухи, плазменные панели не "текут" и их не надо подзаряжать. Но люминофоры стареют, и с этим, к сожалению, ничего не поделаешь. Что ещё хуже, не все сцинтилляторы стареют одинаково: синий канал всегда выгорает раньше (хотя, надо сказать, ситуация сегодня намного улучшилась по сравнению с первыми плазменными панелями).

Наконец, отметим ценовой фактор: плазменные дисплеи довольно дороги. И здесь следует учитывать не только себестоимость самих панелей, которые трудно производить, но и то, что электроника панелей требует высоковольтных полупроводниковых схем, которые работают на пределах возможностей материалов. Контрольные цепи электродов должны выдерживать несколько сотен вольт на высоких частотах. Одним из последствий высоких напряжений является энергопотребление плазменных дисплеев, которое всегда выше, чем у ЖК-мониторов. Например, 42" (107 см) плазменный дисплей потребляет 250 Вт или даже выше, а ЖК-панель с той же диагональю будет потреблять всего 150 Вт.

 

Электронная бумага

 

Электронная бумага — это аналогичное по своим функциям дисплею устройство, но к нему предъявляются и специфические требования. Они связаны именно с тем, что изначально оно задумано, как возможная альтернатива для бумаги, на которой традиционно выходят газеты, журналы и книги. Электронная бумага должна иметь очень небольшой вес, быть гибкой и экономной в энергопотреблении. Электронная бумага должна быть дешевой и надежной, поскольку она может быть использована в любой обстановке. Кроме того, желательно, чтобы изображение на ней было не подсвечено, как на обычном дисплее, а видимо в отраженном свете, как текст или картинка на обычной бумаге. Это более естественно воспринимается как человеческим зрением, так и на психологическом уровне.

 

Технология

 

Технология электронной бумаги (EPD — Electronic paper display) была разработана учеными из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) в 1997 году. В том же году была создана корпорация E Ink (E Ink Corporation), которая и занимается технологией, ее совершенствованием и коммерциализацией.

«Цифровая бумага» была разработана с целью создания дисплеев нового типа, которые по оптическими и механическими характеристиками были бы схожи с обычной бумагой. Базовыми элементами таких дисплеев являются микрокапсулы, диаметр которых не превышает толщину человеческого волоса. Внутри каждой капсулы находится большое количество пигментных частиц (диаметр частицы не превышает 1-5 мкм) двух цветов: положительно заряженные белые и отрицательно заряженные черные (заряд наносится с помощью специального заряженного полимера), а все внутреннее пространство капсулы заполнено прозрачной жидкостью.

 

Слой капсул расположен между двумя рядами (сверху — прозрачных, снизу — непрозрачных), образующих координатную сетку. Когда некоторому тыльному участку активной области экрана придается положительный электрический заряд, во всех микрокапсулах на этом участке белые частицы пигмента перемещаются в «верхнюю» часть. В то же самое время электрическое поле тянет черные частицы на «нижнюю» сторону капсул, и они будут скрыты от взора пользователя. В результате действия такого процесса пользователь сможет наблюдать появление на экране электронно-чернильного дисплея белого пятна — точки, пикселя белого цвета. Поменяв полярность приложенного электрического потенциала, можно добиться того, чтобы черные частицы пигмента оказались на лицевой стороне микрокапсул, а белые — на тыльной. Тогда на том же месте на экране дисплея сформируется черное пятно.

 

 

Если сформировать управляющую электродами матрицу и расположив над ней активную область экрана с микрокапсулами, можно будет создавать на электронно-чернильном экране довольно большие и сложные изображения.

Благодаря остаточным зарядам и силам Ван-дер-Ваальса, дисплеи на базе электронных чернил способны сохранять изображение на экране даже при отсутствии электропитания (подача напряжения на управляющие электроды необходима лишь для переключения состояния пиксела), что наряду с отсутствием лампы подсветки обеспечивает очень низкий уровень энергопотребления. Такие дисплеи являются отражающими и обеспечивают хорошую читаемость изображения при любом освещении. В качестве подложки для создания дисплеев на основе электронных чернил можно использовать различные материалы: стекло, пластик, металлическую фольгу, ткань и даже бумагу.

 

Развитие технологии

 

Разумеется, развитие любой технологии невозможно без финансовых вливаний в НИОКР. Компания E-Ink своевременно заботилась о поиске партнеров и заключении стратегических соглашений для коммерческого продвижения дисплеев на электронных чернилах на массовый рынок.

Например, весной 2001 г в список стратегических партнеров компании E-Ink вошла TOPPAN Printing Company — мировой лидер по производству цветных фильтров для плоскопанельных мониторов. Компании заключили партнерское соглашение по разработке цветных дисплеев на электронных чернилах. Согласно условиям этого соглашения, TOPPAN Printing Company вложила 5 миллионов долларов инвестиций в E-Ink. Заключенный контракт должен был дать TOPPAN Printing Company эксклюзивные права (в мировом масштабе) на разработку и производство цветных фильтров для дисплеев на электронных чернилах.

Нужно сказать, что сотрудничество компаний оказалось довольно успешным — прототип цветного электронно-чернильного дисплея, использующего цветовые фильтры, был представлен ИТ-общественности уже в том же 2001 году. А уже в феврале 2002 года E-Ink и TOPPAN Printing Company заключили новое инвестиционное соглашение. Согласно его условиям компании становились стратегическими партнерами по коммерциализации совместно разрабатываемой технологии. В рамках соглашения TOPPAN Printing Company становился эксклюзивным производителем покрытия передних панелей (FPL) для дисплеев использующих электронные чернила. По условиям достигнутого соглашения TOPPAN Printing Company вложила еще 25 миллионов долларов в компанию E-Ink.

Еще одним ключевым партнером E-Ink стала корпорация Royal Philips Electronics. В самом начале 2001года E-Ink и Philips Components заявили о совместной разработке электронно-чернильных дисплеев высокого разрешения. Такие дисплеи посчитали тогда весьма перспективными для использования в таких устройствах как электронные книги (eBooks), КПК, устройства мобильной коммуникации, и др.

 

 

Согласно достигнутому обоюдному соглашению, Philips Venture Capital и Philips Components обязались осуществить инвестиции в E-Ink, а также помочь в развитии исследовательской программы, с целью довести технологические наработки до стадии коммерческой реализации. Договором предусматривалось, что компания E-Ink займется собственно самими электронными чернилами, а в Philips сосредоточатся на разработке активно-матричных управляющих панелей и электронно-чернильных дисплеев в целом. По условиям соглашения подразделение Philips Components получало глобальные эксклюзивные права в мировом масштабе на производство модулей для создаваемых дисплеев.

 

 

Стоит признать, что работы у компаньонов продвигались довольно успешно. Менее чем через четыре месяца после заключения соглашения Philips Components и E-Ink Corporation продемонстрировали первый работающий прототип электронно-чернильного дисплея. Весной 2002 года E-Ink и Royal Philips объявили об успешном завершении первой фазы их соглашения, и заявили о намерении начать совместное коммерческое продвижение разраб<