С невозможностью получить на ЖК-мониторах больший цветовой охват и высокую контрастность одно время как-то смирились, а технология ЭЛТ исчерпала свой потенциал: большего динамического диапазона, чем уже имеющийся, от кинескопа не добиться (стандартный перепад яркостей — 300:1, в лучших образцах — до 1000:1, кроме специализированных моделей). Расширение цветового пространства интересовало разве что фотохудожников, для которых и выпускались профессиональные мониторы.

Однако потенциал ЖК-технологии оказался куда выше, чем предполагалось, и за последний год-полтора появились изделия, обещающие прорыв по обоим направлениям, причем с использованием одного и того же приема: замены люминесцентной лампы подсветки матрицы светодиодами. Давно известно, как «построить» идеальный монитор: нужно взять матрицу из светодиодов, управляющихся индивидуально. Светодиоды могут обеспечить очень высокую яркость (будучи, естественно, совершенно черными в выключенном виде). Однако практические конструкции не выходят за рамки светофорных указателей и информационных табло, а также многометровых монстров — экранов на стадионах. Нормальная многоцветная матрица из обычных светодиодов будет потреблять слишком много энергии (не говоря уже о цене такого решения), а приемлемого разрешения добиться все равно не удастся, так как обычные светодиоды достаточно велики, а «вырастить» мелкие на одной пластине невозможно. Но что мешает использовать их в качестве управляемой подсветки?

«На пальцах» метод построения суперконтрастных мониторов заключается в следующем. Разработчики соединили две матрицы: одну из светодиодов, но невысокого разрешения, и вторую — обыкновенную жидкокристаллическую, для которой первая служит подсветкой вместо ламп. Светодиодная матрица фактически воспроизводит черно-белую (яркостную) составляющую изображения, вторая дает высокое разрешение и цвет. Несмотря на кажущуюся примитивность способа, результат превзошел все ожидания. Например, инженеры канадской фирмы Sunnybrook Technologies соорудили монитор HDR размером около 18 дюймов по диагонали, контрастность которого примерно 200 000:1 (закатное солнце в кадре — без проблем) и который дает несравненную по реалистичности картинку. Увы, подобные вещи пока еще остаются лабораторной экзотикой.

У светодиодной подсветки сплошные преимущества и никаких недостатков. Светодиодами проще управлять, они не требуют высоковольтных преобразователей, белый цвет при этом близок к идеалу. И к тому же не забудем HDR — соединение этих двух технологий обещает настоящую революцию. Скорее всего, технологические трудности будут преодолены, и на светодиодную подсветку постепенно «переползут» все ЖК-мониторы. Возможно, даже раньше, чем экономичные ксеноновые лампы.

Технология производства ЖК-матриц, известная как «низкотемпературный поликристаллический кремний» (LTPS), возникла довольно давно — первый ноутбук с LTPS-панелью был выпущен в 1999 году (модель Toshiba Portege 3110СТ). На деле LTPS — просто один из вариантов TFT, просто здесь усилия инженеров сосредоточились не на собственно характеристиках матрицы (углах обзора, цветопередаче), а на управлении ею. Проблема обычных тонкопленочных транзисторов в том, что они относительно велики по размеру, потому построить на основе традиционной TFT-технологии экран с разрешением, к примеру, 1024x768, но с габаритами мобильного телефона или цифровой камеры (1,5-3" по диагонали), попросту невозможно. Кроме того, они требуют достаточно высокого управляющего напряжения (около 10 В). LTPS-технология позволяет получить транзисторы намного меньших размеров, и теоретически можно создавать панели с разрешением вчетверо больше при прочих равных параметрах. Проблема производства LPTS-матриц была в том, что формирование поликристаллического кремния требует высоких температур, и на стеклянной (не говоря уже о полимерной) подложке традиционными методами его получить нельзя. Поэтому решили сначала создать амфорную кремниевую пленку (как обычно, осаждением из газовой фазы), а затем отжигать ее мощным сфокусированным лазером. По LTPS-технологии ныне изготавливают почти все небольшие, но качественные матрицы: дисплеи цифровых компактных камер, телефонов, КПК, смартфонов, видоискатели «псевдозеркалок» и пр. Для массового производства технология достаточно дорога, но в hi-end-ноутбуках она уже применяется (тех самых, что при диагонали 15" имеют разрешение 1600x1200).

В предыдущей фразе я назвал неоновые индикаторы «древними» — и это действительно так, поскольку используемое ими явление холодного газового разряда известно с середины XIX века. Лампочки-«неонки» были созданы одновременно с обычными электронными лампами в начале XX века. А цифробуквенные неоновые индикаторы применялись уже в середине 40-х годов прошлого века. Позже они были вытеснены более яркими, удобными и экономичными светодиодными и жидкокристаллическими, и казалось, неонкам оставили только одну область — рекламные неоновые трубки.

Но не тут-то было. Старинная неонка обрела вторую жизнь (которая продолжается и по сей день) еще в 1960 году, когда в университете штата Иллинойс Дональд Битцер, вместе с двумя коллегами Робертом Вилсоном и Джином Слотоу, построил первый в мире плазменный дисплей — PDP. Звучное название (более корректное, чем «неоновый» — ведь в рекламных трубках применяется не всегда именно неон) произошло от того, что в этих устройствах светится плазма — только не высокотемпературная, как в термоядерных реакторах, а холодная.

Такая плазма образуется в газах под действием электрического поля высокой напряженности — так при определенных атмосферных условиях могут светиться провода линий электропередач.

В случае, если газ разреженный, столь высокое напряжение (в линиях электропередач оно, как известно, достигает сотен тысяч вольт), конечно, не требуется — практически любая газоразрядная ячейка (от «неонки» до современных плазменных панелей) требует для зажигания напряжения порядка 130-170 В. Но даже такое напряжение есть огромный недостаток «плазмы»: в предыдущем разделе я говорил, что обычные TFT в сравнении с LTPS требуют повышенного напряжения, но там речь шла о 10 вольтах против 5-ти, а здесь — сотни! Чем же можно оправдать такое безобразие?

Давайте рассмотрим, как работает плазменная ячейка. Устройство так называемой «ячейки переменного тока», используемое во всех современных PDP. По сути, это «коробочка», обычно довольно большая — с полмиллиметра и более, и хотя разработчики уверяют, что сделать ее с обычный компьютерный пиксель нет проблем, на практике такого пока не наблюдается. Дно и стенки ячейки покрыты люминофором одного из трех цветов свечения. Разряд зажигается подачей импульса высокого напряжения на адресный электрод относительно одного из верхних (дисплейных) электродов, а поддерживается нужное время более низким напряжением между двумя дисплейными электродами, В процессе разряда ионизированный газ (та самая холодная плазма) испускает ультрафиолет, заставляющий светиться люминофор. Под низким давлением панель наполняют смесью инертных газов на основе гелия или неона с добавлением ксенона — всю сразу и целиком, потом накладывают верхнее стекло с диэлектриком и запаивают. Активационный слой (окись магния) служит для Давайте рассмотрим, как работает плазменная ячейка. Устройство так называемой «ячейки переменного тока», используемое во всех современных PDP. По сути, это «коробочка», обычно довольно большая — с полмиллиметра и более, и хотя разработчики уверяют, что сделать ее с обычный компьютерный пиксель нет проблем, на практике такого пока не наблюдается. Дно и стенки ячейки покрыты люминофором одного из трех цветов свечения. Разряд зажигается подачей импульса высокого напряжения на адресный электрод относительно одного из верхних (дисплейных) электродов, а поддерживается нужное время более низким напряжением между двумя дисплейными электродами, В процессе разряда ионизированный газ (та самая холодная плазма) испускает ультрафиолет, заставляющий светиться люминофор. Под низким давлением панель наполняют смесью инертных газов на основе гелия или неона с добавлением ксенона — всю сразу и целиком, потом накладывают верхнее стекло с диэлектриком и запаивают. Активационный слой (окись магния) служит для повышения эффективности ячейки.

 А она просто-таки фантастически низка: КПД плазменной ячейки — не более десятых долей процента, то есть подводимая к панели мощность практически вся преобразуется в тепло. И плазменные панели обладают чудовищной прожорливостью: например, из 500 Вт подаваемой мощности в свет может преобразовываться всего лишь 0,5 Вт, остальное рассеивается в окружающую среду. Это порождает кучу проблем, связаных не только с необходимостью отводить это тепло. При высокой температуре люминофор постепенно испаряется, загрязняя верхнее стекло продуктами распыления, что и приводит к известному эффекту «выгорания» плазменных панелей.

 В них невозможно менять интенсивность свечения с помощью изменения напряжения, поэтому полутона формируют, изменяя время горения. Поскольку речь идет о микросекундах, это приводит к повышенным требованиям к быстродействию ячейки. «С нуля» она зажигается слишком долго; кроме того, время под-жига сильно зависит от того, насколько давно ячейка включалась предыдущий раз. Чтобы точнее регулировать среднюю интенсивность свечения, приходится удерживать ячейку на грани срабатывания — обычно, выставляя на дисплейных электродах погашенной ячейки напряжение выше поддерживающего, но недостаточное для зажигания. Кроме того, используют вспомогательные ячейки без люминофора, которые «горят» все время и через специальные зазоры поставляют ионизированный газ в основные. Все это, кроме более точного регулирования времени горения, позволяет снизить напряжение зажигания (а значит, и потребляемую мощность), однако ведет к неприятностям иного рода — сам ионизированный газ хоть и очень слабо, но тоже светит, и потому получение настоящего черного цвета для плазменной панели — недостижимый идеал.

 О недостатках и проблемах этой ужасной с точки зрения современной инженерии конструкции можно рассказывать очень долго. Так почему же это горячее, хрупкое и капризное чудовище обрело такую популярность?

 Все дело в одном обстоятельстве, точнее в двух. Во-первых, пока ни одна массовая технология, кроме PDP, не позволяет получить плоский дисплей достаточных размеров, к тому же такой, для которого отдельные панели можно составлять в большие экраны практически без швов. Во-вторых, несмотря на свои жутковатое устройство и отсутствие нормального черного, у PDP очень хорошее качество воспроизведения цветов — лучше многих ЖК-матриц, причем абсолютно независимое от углов обзора. К тому же они обладают непревзойденной контрастностью: производители уверяют, что до 50 000:1. В общественных местах — в студиях, конференц-залах, на сценах — плазменные панели пока вне конкуренции. Особенно, учитывая их способность без проблем работать при минусовых температурах — до -60°С (!).

 Многие фирмы-производители PDP с непробиваемым оптимизмом в свое время заявляли, что можно предсказать, почти не рискуя ошибиться, что у «плазмы» нет светлого будущего. Это недавно подтвердила Sony, уходящая с рынка «плазмы» в пользу ЖК-технологий, причем с подробной мотивацией этого решения, возмутившей других производителей: здесь и эффект «выгорания», и повышенное энергопотребление, и низкий срок службы и т. д. и т. п.

Я уже упоминал, что дисплей, построенный на светодиодах (OLED), мог бы приблизиться к идеалу во всех отношениях — по яркости, контрастности, насыщенности цветов, удобству управления ему бы не было равных, но, к сожалению, по ряду технологических причин это невозможно. Точнее, не совсем невозможно: большие уличные панели на светодиодах успешно функционируют, но они предназначены для просмотра с большого расстояния — величина точки там порядка единиц миллиметров. Зато возможно эти препятствия попробовать обойти — если вместо обычных неорганических OLED использовать светодиоды на основе органических полупроводников.

Светоизлучающий эффект в органических полупроводниках был открыт в 1987 году Чин Тэнгом и Стивом Ван Слайком, сотрудниками фирмы Kodak. Собственно, эффект электролюминесценции в органических соединениях был известен давно, но этим ученым впервые удалось получить структуру, которая действительно излучала свет с достаточной интенсивностью. Последовал взрыв энтузиазма по всему миру: в настоящее время технологиями OLED занимаются не менее 80 компаний и научных центров.

Пассивная ячейка на основе традиционного OLED не изменилась со времен этих пионерских работ и имеет наиболее простую конструкцию среди всех рассматриваемых нами типов дисплеев. Пропуская ток между катодом и анодом, мы заставляем светодиод излучать, причем достаточное для свечения напряжение — всего 2,5 В, а при -10 В OLED излучает с яркостью примерно 1000 кд/м2, что превышает этот же параметр ЖК-мониторов в два-три раза. При желании, от OLED-ячейки можно получить яркость и в 100 тыс. кд/мг, то есть в перспективе проблем с динамическим диапазоном здесь нет, но на практике, конечно, такие яркости не достигаются. Кстати, улучшают контрастность OLED-дисплеев ровно противоположным по отношению к ЖК способом: вместо «глянца» используют специальное антибликовое покрытие. Такой дисплей вполне читаем при внешней засветке 500 лк (уровень освещенности от настольной лампы или в вагоне метро).

Толщина всей этой конструкции, исключая подложку, всего 0,5 микрона, поэтому, в частности, не возникает претензий к углам обзора. Кроме того, OLED-ячейки можно располагать вплотную друг к другу, без всяких «черных сеток», отчего увеличивается полезная площадь. Быстродействие ячейки OLED также не обещает проблем — еще самые первые образцы переключались за микросекунду.

Цвет свечения в этой простейшей конструкции зависит от состава органического полупроводника. Анод — общий для всех трех субпикселей, но для каждого ряда ячеек это отдельная линия, проходящая перпендикулярно линиям катодов. То есть выбор ячейки здесь производится классическим методом — строка-столбец матрицы.

Но такие простейшие ячейки оказались неудобными в управлении (слишком много проводников) и не слишком качественными и используются пока только в дисплеях мобильных телефонов и цифровых плееров. Развитие OLED-матриц пошло по тому же пути, что и развитие ЖК-дисплеев: для удобства управления в многопиксельных матрицах к каждой ячейке стали «приставлять» тонкопленочный транзистор (TFT), получив активную матрицу. А это уже нарушение чистоты концепции: TFT пока еще производятся на основе обычного кремния и технологически с органикой уживаются плохо. Ведь пассивную OLED-матрицу можно попросту напечатать — методом литографии или на струйном принтере, — но ее еще надо объединить с TFT, которые к тому же займут некоторую площадь. Поэтому одно из направлений развития OLED — органические транзисторы. В мае 2006 года в этой области «засветилась» компания Mitsubishi, которой удалось вроде бы получить органический материал, не уступающий кремнию по подвижности электронов. Но все это пока чисто лабораторные исследования.

Необходимость совмещения с TFT — не самая главная трудность, препятствующая выходу этой, во всех отношениях замечательной технологии в широкие массы. Органика есть органика — она медленно, но неотвратимо разрушается: взаимодействует с кислородом воздуха, водяными парами, компаундами, употребляемыми для герметизации. Дошло до того, что предлагали все это дело запаивать в стеклянную колбу, наполненную инертными газами (как в «плазме»), что, разумеется, отнюдь не способствовало бы удешевлению продукта. Сейчас же все 80 лабораторий бешено работают над соединениями, которые в перспективе позволят увеличить срок службы таких ячеек до приемлемых величин. Наименьшей долговечностью отличаются синие субпиксели — срок их службы не превышает пока 10 000 часов, что приемлемо для мобильников, но решительно недостаточно, например, для ноутбуков. Одно из предложений — отказаться от отдельных соединений по каждому цвету и использовать OLED, излучающие нейтральный белый (для них удалось добиться 20 000 часов работы), с обычным разделением по цветам с помощью фильтров.

Другое направление развития OLED — технология CDT или PLED. Это, по сути, тоже OLED, только использующая светодиоды с полимерными органическими молекулами. Светоизлучающие полимеры были открыты в 1989 году в Кембриджском университете в группе под руководством профессора Ричарда Френда. Он и создал компанию CDT, которая занялась разработками новой разновидности дисплеев. Этой компании в сотрудничестве с Epson удалось создать дисплей с диагональю 40", напечатанный на принтере (!). Вначале изготавливалась подложка с тонкопленочными управляющими транзисторами, а уже на нее, с помощью сконструированного в Epson струйного принтера, наносился слой PLED-ячеек.

Хотя массовые успехи OLED пока достаточно скромны, в целом потенциал у нее огромный, и никто из специалистов не сомневается, что это именно то, что в перспективе заменит ЖК-матрицы с их неудобной подсветкой. Кроме всего прочего, OLED-дисплеи, как и «плазма», нечувствительны к низким температурам, но их еще можно наносить на поверхность изделий любой формы. Например, фирма Osram (кроме всем известных ламп выпускает и OLED-дисплеи для мобильных телефонов) предполагает, что в будущем светильники на органических светодиодах заменят все прочие источники света (включая и лампочки накаливания, и люминесцентные) — ибо они намного экономичней и могут быть любого желаемого оттенка, который можно менять прямо на ходу, подстраивая его под интерьер и настроение. И потом: представляете себе, например, светящийся потолок вместо люстры? Совсем как в фантастических романах.