Лауреаты премии "дисплей года 2011" Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

Лауреаты премии

«Дисплей года 2011»

Александр САМАРИН

Каждый год журнал Information Display Magazine, издаваемый международным комитетом SID (Society Information Display), организует экспертный совет по присуждению премий за самые значительные достижения в области дисплейных технологий за прошедший год. На сей раз процедура определения призеров и награждение проводились на традиционной выставке дисплейных достижений, которая проходила в Лос-Анджелесе в мае 2011 года параллельно с симпозиумом SID'11.

Премия «Дисплей года» — самая престижная награда в дисплейной индустрии. В процессе отбора номи-нантов в первую очередь оценивались инновационные технологии, обеспечивающие экономию энергии и материалов, новые дисплейные материалы и компоненты, а также дисплейные устройства, обладающие выдающимися качествами. Для того чтобы стать номинантом награды «Дисплей года 2011» (Display of the Year Award), продукт должен был быть доступен на рынке в течение всего 2010 г. В этом году процедура определения лучших дисплейных продуктов проводилась уже 16-й раз, начиная с 1995 года. Сам симпозиум проходит уже 49-й год подряд.

Эксперты отобрали 6 продуктов, которые по комплексу показателей получили самые высокие оценки. Оценивались как технические новации, так и коммерческая значимость продукта на современном дисплейном рынке. Принимался в расчет также и социальный эффект от внедрения новых дисплейных устройств.

Конкурсанты представляли свои продукты в трех категориях: «Дисплей года» (Display of the Year), «Дисплейное приложение года» (Display Application of the Year) и «Лучшие дисплейные комплектующие года» (Display Component of the Year). В каждой номинации присуждались золотые и серебряные награды. В этом году доминировали дисплейные достижения для сектора коммуникационных мобильных устройств, а награды завоевали продукты компаний Apple, Samsung и E-Ink. Причем продукты Apple и Samsung конкурировали между собой в двух номинациях: «Дисплей года» и «Дисплейное приложение года». Золотые награды в обоих случаях получила компания Apple.4TO примечательно: со стороны Samsung были представлены AMOLED-дисплеи нового поколения, а со стороны Apple — IPS ЖК-дисплеи. Стоит отметить, что Samsung не только провела разработку дисплеев нового поколения,

но и в кратчайшие сроки отработала технологический цикл новой продукции с высоким уровнем выхода годных. Apple же лишь разработала концепцию продукта и отдельных элементов конструкции дисплеев. Производство дисплеев для Apple обеспечивают тайваньские производители. Тем не менее продукция Apple получила более высокую оценку экспертов.

Номинация «Дисплей года»

Золотой призер:

Apple iPhone 4 Retina Display

В этом году Apple представила для модели iPhone 4 дисплей Retina. Экран ЖК-дисплея (рис. 1) обладает плотностью 367 пикселей на дюйм. Размер пикселя — 78 мкм. С оптимального расстояния от глаз наблюдателя (около 30 см) пиксельная структура экрана уже практически не видна. То есть при такой плотности пикселей разрешение дисплея превышает угловое разрешение зрительной системы среднего человека. Отсюда и происходит название Retina — «сетчатка глаза».

В дисплее Retina по сравнению с типовым разрешением для диагонали 3,5 дюйма число пикселей увеличено в 4 раза. Формат

Рис. 1. Экран Apple iPhone 4

640x960 пикселей устанавливает новую планку для разрешений дисплеев мобильных телефонов, а также задает уровень качества изображения и малый уровень потребления. Основные параметры ЖК-дисплея:

• Технология: LTPS IPS с фазокомпенсирую-щим поляризационным фильтром.

• Формат: 640x960 пикселей.

• Размер экрана: 3,5 дюйма.

• Контраст: 800:1.

• Цветовая палитра: 8 бит.

• Автоподстройка уровня яркости подсветки в зависимости от внешней освещенности.

• Ультраплоские кристаллы драйверов ЖК-панели.

• Патентованная технология монтажа ЖК-панели.

Apple разработала конструкцию и схемотехнику дисплея и, вероятно, комплект фотошаблонов для него. Такое высокое разрешение вызвало определенные технологические трудности у производителей. Выход годных оказался меньше прогнозируемого, поэтому себестоимость экрана получилась выше и потребовалась коррекция цены.

Технологией IPS владеют тайваньские компании Cimai Innolux и CPT (Chunghwa Picture Tubes). У них также есть достаточные производственные мощности, чтобы обеспечить выполнение крупного заказа. Компания CPT выпускает дисплеи и для планшетного компьютера Android.

Серебряный призер:

On-cell Touch AMOLED-дисплей Samsung с интегрированной сенсорной панелью для мобильных устройств

Компания Samsung Mobile Display разработала технологию OCTA (on-cell touch) AMOLED-дисплея (рис. 2) с превосходными параметрами, которые соответствуют требованиям сектора мобильных устройств. В отличие от стандартной сенсорной технологии предыдущего поколения, используемой в мобильных устройствах, в OCTA-дисплее

Рис. 2. On-cell Touch AMOLED дисплей Samsung

в моделях сотовых телефонов Anycall

сенсорная поверхность интегрирована непосредственно в структуру самого дисплея в едином технологическом процессе.

В стандартной технологии ЖК-дисплеев с сенсорной панелью используется отдельная стеклянная или пластиковая подложка и отдельные цепи управления. Затем сенсорный экран ламинируется на поверхность дисплея. В сенсорной технологии OCTA применяются емкостные датчики, что позволяет значительно уменьшить толщину и вес системы дисплея с сенсорным экраном, а также увеличить его чувствительность и обеспечить мультиконтактность. Мультиконтактность (multi touch) позволяет использовать интуитивно понятные жесты в графическом интерфейсе пользователя и существенно улучшить комфортность работы с устройством.

Толщина дисплея — 2 мм. Толщина сенсорного слоя составляет всего 1 мкм. Коэффициент пропускания сенсорной пленки — 100%. Если в стандартном AMOLED-экране используется несколько слоев, между которыми находится воздушная прослойка, то в Super AMOLED такой сенсорный слой всего один и нет воздушных зазоров (рис. 3). Это позволяет уменьшить световые потери на внутренних отражениях и добиться большей яркости экрана примерно на 20% — при том же энергопотреблении. По сравнению с резистивной сенсорной панелью емкостная панель не требует сильного нажатия: экран реагирует на легкое прикосновение.

В дисплеях с диагональю 3,3 дюйма впервые была использована топология цветных пикселей PenTile, которая обеспечила формат 800x480 пикселей. Топология PenTile теперь используется и в моделях AMOLED-дисплеев c диагоналями 3,1; 3,5; 3,7; 4 и 4,1 дюйма.

Номинация

«Дисплейное приложение года»

Золотой призер: Apple iPad

Создание iPad ознаменовало начало новой эры в развитии компьютерных технологий телекоммуникаций: теперь улучшен процесс работы с контентом, а также технологии чтения и создания контента, поддержки игр и обучения (рис. 4). При создании новой модели iPad было использовано множество инновационных элементов, обеспечивших

дисплеи

_Технология сенсорных панелей__

предыдущего поколения

Обычная сенсорная панель Обычная сенсорная панель на ЖК-дисплее для АМ01-Е0

Подсветка

| Требуется дополнительная стеклянная | подложка для сенсорного датчика

Super AMOLED

Super AMOLED (On Cell Touch AMOLED)

Защитная крышка Герметик________Сенсор

AMOLED

Тоньше, легче и выше прозрачность

Сенсорный датчик расположен непосредственно на подложке AMOLED -> Нет дополнительного стеклянного слоя и воздушного зазора

Рис. 3. Сравнение структур Super AMOLED с обычными TFT LCD и TSP AMOLED

7

Рис. 4. Режим видео на iPad Apple

в комплексе совершенно новый уровень пользовательского комфорта. В частности, технология Mobile IPS в сочетании с муль-тиконтактным сенсорным экраном обеспечивают уникальные визуальные и пользовательские параметры, востребованные во многих приложениях. Конструкция новой модели на 33% тоньше и на 15% легче предшественника. Новый планшетник позволяет осуществлять поиск по Интернету, получать почту, смотреть видео, читать электронные книги с таким же визуальным контрастом, как и настоящие, бумажные. И все это с помощью новейшей сенсорной технологии управления кончиками пальцев. Основные параметры iPad:

• Технология: IPS (угол обзора — 178°).

• Непрерывное время работы от аккумулятора: 10 часов.

• Габариты: 241x186x8,8 мм.

• Вес: 613 г.

• Быстрая графика для игр.

• Диагональ экрана: 9,7 дюйма.

• HDMI-интерфейс.

• Разрешение: 1024x768.

• Плотность пикселей: в 4 раза больше по сравнению с предыдущей моделью.

• Лицевая и задняя видеокамеры.

• Мультиконтактный сенсорный экран.

• Встроенный Wi-Fi + 3G.

• Встроенные гироскопы, акселерометры, компас.

Благодаря встроенным датчикам положения iPad способен отслеживать любое движение пользователя. Очень полезная функция — зеркальное отображение на экране изображения, получаемого с тыльной камеры, чтобы изображение соответствовало наблюдаемому в реальности. Мультиконтактный сенсорный экран расширяет возможности управления функциями, повышает комфортность и интуитивность графического интерфейса пользователя (рис. 5). Для работы с планшетником не нужно устанавливать дополнительный софт:

_

Рис. 5. Мультиконтактный сенсорный экран обеспечивает интуитивный интерфейс при работе с иконками и файлами

все, что потребуется пользователю, уже есть на борту этого устройства.

Фанаты продукции Apple были разочарованы, когда обнаружили, что в новой модели iPad 2 стоит не дисплей Retina с высоким разрешением, а обычный, но с форматом 1024x768. Ранее компания заявляла, что и в этой модели будет дисплей с высокой плотностью пикселей. Главной причиной такого — вынужденного — решения стало слишком высокое потребление, связанное с поддержкой графики высокого разрешения (большее потребление драйверов, интерфейса, графического контроллера, а также больший уровень потребления подсветки вследствие меньшего коэффициента пропускания у дисплея Retina).

Серебряный призер: серия смартфонов Samsung Galaxy S Mobile

В июне 2010 года компания Samsung Mobile стала производить смартфоны класса преми-ум. Устройства линейки Galaxy S обеспечивают отличное качество изображения за счет применения 4-дюймового Samsung Super AMOLED дисплея с сенсорным мультитач-экраном. В настоящее время это самый тонкий из имеющихся на рынке сотовых телефонов с аналогичными функциями и экраном. В устройство следующего поколения Super AMOLED Plus добавлена технология RealStripe. Значительно увеличена и плотность субпикселей на экране: на 50% более, чем в оригинальном Super AMOLED. Это увеличивает комфортность восприятия изображения, так как маскируется его дискретность. В модели Samsung Galaxy S2 используется 4,3-дюймовый Super AMOLED Plus дисплей, имеющий сегодня самые лучшие характеристики среди мобильных устройств по яркости, контрасту и цветопередаче. Разрешение дисплея — 480x800 пикселей.

Модель HTC Sensation имеет 4,3-дюймовый S-LCD дисплей с разрешением 540x960 пикселей. Samsung Galaxy S2 — самая тонкая модель смартфонов серии Android — имеет габариты 125,3x66,1x8,5 мм. Модель HTC Sensation немного толще: ее размеры 126,1x65,4x11,3 мм. Модель Galaxy S2 легче Sensation (116 и 148 г соответственно).

номинация

«Дисплейный компонент года»

Золотой призер: цветной дисплей E-Ink Triton для электронных книг

E-Ink Triton — новая модель цветного электрофоретического дисплея, предназначенного для использования в ридерах электронных книг (рис. 6). Triton обеспечивает такой же высокий контраст и читаемость информации в условиях внешнего яркого солнечного освещения, как и черно-белая модель E-Ink Pearl. В дополнение к цвету

поверх матрицы E-Ink электрофоретической пленки

в этой модели улучшен ряд характеристик: разработчики ориентировались на требования секторов eBooks, eNewspapers, eMagazines и eTextbooks и электронных этикеток. Цвет в дисплеях Triton добавлен за счет использования матрицы цветных фильтров (Color Filter Array, CFA) поверх слоя черно-белой матрицы электрофоретического дисплея.

Каждый пиксель CFA состоит из 4 субпикселей: красного, зеленого, голубого и белого. Такая топология обеспечивает низкое потребление при отображении тысяч цветовых оттенков, при этом сохранены высокий внешний контраст и читаемость при ярком солнечном свете. Сохранился также и режим черно-белого изображения. Дополнительно на 20% увеличилась и скорость смены страниц по сравнению с предыдущей технологией.

Мало кто из потребителей знаком с деятельностью тайваньской компании Prime View International (PVI), но именно она производит дисплеи для известных ридеров — Amazon Kindle и Sony Reader. В июне 2009 года PVI купила E-Ink за $215 млн и стала владельцем этой американской компании и всех ее патентов. Технология E-Ink была разработана в Массачусетском технологическом институте (MIT) в лаборатории Media Lab. Собственно сама компания E-Ink всегда была fabless, а изделия производились ранее на производственных мощностях PVI. Однако в 2010 году компания PVI, руководствуясь конъюнктурными соображениями, сменила название на E-Ink Holdings Incorporated. Продукция компании, относящаяся к технологии TFT, будет выпускаться под новым брендом Hydis, а все дисплеи для электронных книг — под новой маркой E-Ink.

В настоящее время компания E-Ink Holdings Incorporated (или коротко E-Ink) является мировым лидером в секторе электрофоретических дисплеев. Она производит львиную долю дисплеев для популярных брендов ридеров электронных книг. Партнеры компании — известные компании: Epson, Texas Instruments, Marvell, Maxim Semiconductor и Freescale Semiconductor.

Таблица. Основные параметры дисплеев Triton

Тип технологии Электрофоретическая отражательная

Базовый дисплейный компонент Пленка E-Ink Triton Imaging

Цвета Черный, белый, полутона, цветной

Контраст 10:1 (минимум)

Палитра цветов 4096 цветов, плюс 4-разрядный черно-белый

Коэффициент отражения 40% (минимум)

Угол обзора Около 180°

Время смены изображения 120-980 мс

Режимы отображения Цвет, текст, рисование, анимация

Напряжение управления ±15 В

Метод управления Активная TFT-матрица

Рабочий температурный диапазон 0...+50 °С

Температурный диапазон хранения -25...+70 °С

Ресурс 50000ч

Возможные размеры дисплеев 2-12 дюймов

Толщина дисплея 1,2 мм

Разрешение Плотность — до 200 точек на дюйм

Недавно компании Seiko Epson Corporation и E-Ink Corporation заявили о завершении совместной разработки микросхемы контроллера для поддержки E-Ink Triton цветного дисплея. Контроллер S1 D13524 имеет встроенный процессор для обработки цветного изображения и бесшовной интеграции в любой ридер. По данным на конец 2008 года, PVI имела технологические мощности около 100 000 дисплеев в месяц. Эта компания поставляла дисплеи для таких брендов, как Amazon, Sony, Bookeen, iRex и других производителей электронных книг.

Основные параметры дисплеев Triton приведены в таблице.

Дисплей E-Ink Triton предназначен для использования в следующих приложениях:

• Readers — eReaders, eTextbooks, eNewspapers, eMagazines, eDocuments.

• Беспроводные игровые консоли, контроллеры и пульты дистанционного управления.

Рис. 7. Новая модель ридера электронных книг Hanvon с цветным дисплеем Triton

дисплеи

9

Тайваньский институт ITRI

Научно-исследовательский институт промышленных технологий (Industrial Technology Research Institute, ITRI) является некоммерческой организацией для проведения научно-исследовательских работ. Образованный в 1973 году, ITRI сыграл заметную роль в становлении и трансформации тайваньской экономики и промышленности в направлении hightech. Ряд хорошо известных хайтек-компаний в Тайване, например TSMC или UMC, образованы на основе ITRI.

SID

Международное сообщество информационных дисплеев (The Society for Information Display, SID) — головная международная профессиональная организация. Основные направления деятельности SID: дисплейные технологии, производство и разработка дисплеев, дисплейные приложения. Штаб-квартира SID расположена в Сан-Хосе, США.

• Дисплеи термостатов и кондиционеров,

промышленные дисплеи.

• Мобильные ценники и торговые этикетки.

• Магазинные ценники.

Первым коммерческим продуктом, в котором используется дисплей E-Ink Triton, стала электронная книга производства Hanvon Technology (рис. 7). Китайская компания Hanvon Technology Co. Ltd. была образована в 1998 году. Ее штаб-квартира расположена в Пекине.

Ориентировочная цена устройства — $590. 78% продаж ридера будут приходиться на китайский рынок.

Серебряный призер: технология гибких подложек ITRI для дисплеев

Гибкие подложки обеспечивают малые размеры современных дисплеев и увеличение технологичности, способствуют уменьшению веса конструкции, а также снижению цены. Основные требования к подложкам: высокая гибкость, температурная стойкость (отсутствие механической деформации при температурах до 300 °C), сохранение высокой прозрачности и отсутствие посторонних оттенков (например, желтизны). До настоящего времени получить подложки с такими характеристиками было трудно: применяемые материалы не обеспечивали нужных параметров.

Компания ITRI разработала FlexUPD (Flexible Universal Panel for Displays). Это инновационная технология получения гибких подложек для дисплеев практически любых размеров. Материал подложки полностью совместим с современной технологией TFT-процесса. Гибкая подложка ITRI представляет собой гибрид неорганической пленки с доминирующим содержанием окиси кремния и полиимид-ной пленки (PI). Содержание окиси кремния может быть увеличено до 60% по весу. Гибкие подложки ITRI могут быть использованы как для групповых технологических процессов пакетной обработки, так и в процессах рулонной технологии (roll-to-roll, R2R).

Пленка PI/silica демонстрирует отличную адгезию к двуокиси кремния, нитриду кремния, а также двуокиси индия, не требуя на-

Рис. 8. Прототип дисплея на основе гибкой подложки ITRI

несения на поверхность буферных слоев или другой обработки поверхности. Для рулонных процессов (R2R) подложки ITRI могут быть сформированы с рядом уникальных параметров, например с низким коэффициентом температурной энергии (Coefficient of Thermal Energy, CTE) на уровне 20 ppm/°C, высоким коэффициентом пропускания (около 90% в спектральном диапазоне 400-700 нм) и великолепной гибкостью. Уже опробованы процессы нанесения на гибкую подложку цветных фильтров, а также активной матрицы электрофоретических дисплеев (AM-EPD) и сенсорная пленка для тачскрина.

Технология неорганической гибридной пластиковой подложки является первой технологией для массового производства гибких и прозрачных дисплеев любого размера. Появление такой технологии позволяет решить многие проблемы производства гибких дисплеев (рис. 8): обеспечивается стойкость к перегреву и помутнению. Этот материал на 30% более температуростойкий по сравнению с существующим полиимидным материалом (PI). Полиимидная пленка достаточно стойкая к перегреву, однако материал имеет желтый оттенок и недостаточную прозрач-

ность. Измененный процесс ITRI комбинирует неорганический материал с традиционным органическим материалом. Неорганический материал является несущей основой подложки, а потом на него наносится органический материал. В процессе производства были опробованы различные пропорции двуокиси кремния в неорганическом материале: от 20 до 40% и даже до 60%. В результате удалось подобрать оптимальный состав, чтобы сократить температурное расширение гибкой подложки при нагреве до 300 °С и сохранить при этом ее высокую прозрачность.

Технология FlexUPD позволяет получать гибкую, прозрачную с двух сторон подложку, которую можно будет применять как в дисплейном секторе, так и в других секторах интегральной электроники в качестве несущей.

Применение технологии FlexUPD существенно увеличит конкурентоспособность тайваньских производителей гибких дисплеев. По прогнозам DisplayBank, сектор гибких дисплеев должен увеличить объем от $280 млн в 2010 году до $5,9 млрд в 2015-м и достигнуть $12,2 млрд в 2017 году. ■