Какие показатели жк мониторов позволила улучшить технология tft тонкопленочный транзистор

Обновлено: 28.06.2024

LCD-матрица. Принцип работы жидкокристаллической панели.

"Сердцем" любого жидкокристаллического монитора является LCD-матрица (Liquid Cristall Display). ЖК-панель представляет из себя сложную многослойную структуру. Упрощенная схема цветной TFT LCD-панели представлена на Рис.2.

Принцип работы любого жидкокристаллического экрана основан на свойстве жидких кристаллов изменять (поворачивать) плоскость поляризации проходящего через них света пропорционально приложенному к ним напряжению. Если на пути поляризованного света, прошедшего через жидкие кристаллы, поставить поляризационный светофильтр (поляризатор), то, изменяя величину приложенного к жидким кристаллам напряжения, можно управлять количеством света, пропускаемого поляризационным светофильтром. Если угол между плоскостями поляризации прошедшего сквозь жидкие кристаллы света и светофильтра составляет 0 градусов, то свет будет проходить сквозь поляризатор без потерь (максимальная прозрачность), если 90 градусов, то светофильтр будет пропускать минимальное количество света (минимальная прозрачность).

Принцип работы LCD-панели

Рис.1. ЖК-монитор. Принцип работы LCD-технологии.

Таким образом, используя жидкие кристаллы, можно изготавливать оптические элементы с изменяемой степенью прозрачности. При этом уровень светопропускания такого элемента зависит от приложенного к нему напряжения. Любой ЖК-экран у монитора компьютера, ноутбука, планшета или телевизора содержит от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов таких ячеек, размером долей миллиметра. Они объединены в LCD-матрицу и с их помощью мы можем формировать изображение на поверхности жидкокристаллического экрана.
Жидкие кристаллы были открыты еще в конце XIX века. Однако первые устройства отображения на их основе появились только в конце 60-х годов XX века. Первые попытки применить LCD-экраны в компьютерах были предприняты в восьмидесятых годах прошлого века. Первые жидкокристаллические мониторы были монохромными и сильно уступали по качеству изображения дисплеям на электронно-лучевых (ЭЛТ) трубках. Главными недостатками LCD-мониторов первых поколений были:

- низкое быстродействие и инерционность изображения;
- «хвосты» и «тени» на изображении от элементов картинки;
- плохое разрешение изображения;
- черно-белое или цветное изображение с низкой цветовой глубиной;
- и т.п.

Однако, прогресс не стоял на месте и, со временем, были разработаны новые материалы и технологии в изготовлении жидкокристаллических мониторов. Достижения в технологиях микроэлектроники и разработка новых веществ со свойствами жидких кристаллов позволило существенно улучшить характеристики ЖК-мониторов.

Устройство и работа TFT LCD матрицы.

Одними из главных достижений стало изобретение технологии LCD TFT-матрицы – жидкокристаллической матрицы с тонкопленочными транзисторами (Thin Film Transistors). У TFT-мониторов кардинально возросло быстродействие пикселей, выросла цветовая глубина изображения и удалось избавиться от «хвостов» и «теней».
Структура панели, изготовленной по TFT технологии, приведена на Рис.2

Структура ЖК-панели

Рис.2. Схема структуры TFT LCD матрицы.
Полноцветное изображение на ЖК-матрице формируется из отдельных точек (пикселей), каждая из которых состоит обычно из трех элементов (субпикселей), отвечающих за яркость каждой из основных составляющих цвета - обычно красной (R), зеленой (G) и синей (B) - RGB. Видеосистема монитора непрерывно сканирует все субпиксели матрицы, записывая в запоминающие конденсаторы уровень заряда, пропорциональный яркости каждого субпикселя. Тонкопленочные транзисторы (Thin FilmTrasistor (TFT) - собственно, поэтому так и называется TFT-матрица) подключают запоминающие конденсаторы к шине с данными на момент записи информации в данный субпиксель и переключают запоминающий конденсатор в режим сохранения заряда на все остальное время.
Напряжение, сохраненное в запоминающем конденсаторе TFT- матрицы, действует на жидкие кристаллы данного субпикселя, поворачивая плоскость поляризации проходящего через них света от тыловой подсветки, на угол, пропорциональный этому напряжению. Пройдя через ячейку с жидкими кристаллами, свет попадает на матричный светофильтр, на котором для каждого субпикселя сформирован свой светофильтр одного из основных цветов (RGB). Рисунок взаиморасположения точек разных цветов для каждого типа ЖК-панели разный, но это отдельная тема. Далее, сформированный световой поток основных цветов поступает на внешний поляризационный фильтр, коэффициент пропускания света которого зависит от угла поляризации падающей на него световой волны. Поляризационный светофильтр прозрачен для тех световых волн, плоскость поляризации которых параллельна его собственной плоскости поляризации. С возрастанием этого угла, поляризационный фильтр начинает пропускать все меньше света, вплоть до максимального ослабления при угле 90 градусов. В идеале, поляризационный фильтр не должен пропускать свет, поляризованный ортогонально его собственной плоскости поляризации, но в реальной жизни, все-таки небольшая часть света проходит. Поэтому всем ЖК-дисплеям свойственна недостаточная глубина черного цвета, которая особенно ярко проявляется при высоких уровнях яркости тыловой подсветки.
В результате, в LCD-дисплее световой поток от одних субпикселей проходит через поляризационный светофильтр без потерь, от других субпикселей - ослабляется на определенную величину, а от какой-то части субпикселей практически полностью поглощается. Таким образом, регулируя уровень каждого основного цвета в отдельных субпикселях, можно получить из них пиксель любого цветового оттенка. А из множества цветных пикселей составить полноэкранное цветное изображение.
ЖК-монитор позволил совершить серьезный прорыв в компьютерной технике, сделав ее доступной большому количеству людей. Более того, без LCD-экрана невозможно было бы создать портативные компьютеры типа ноутбуков и нетбуков, планшеты и сотовые телефоны. Но так ли все безоблачно с применением жидкокристаллических дисплеев?

TFT дисплей – это экран, созданный на основе жидких кристаллов и под управлением тонкопленочных транзисторов. Подобные дисплеи задействуются в самых разных устройствах для отображения текста и изображений. Их можно встретить в компьютерах, ноутбуках, смартфонах, электронных книгах и других девайсах.

TFT расшифровывается, как Thin Film Transistor. С английского языка это переводится, как тонкопленочный транзистор.

В начале в продаже можно было встретить дисплеи с пассивной матрицей. Их работа была более медлительная, частота обновления была низкой, а также отмечалось появление мерцания на экране. Всему виной были физические параметры пикселей. Зато потом появились экраны с активной матрицей. Скорость обновления дисплея была увеличена и пропало мерцание. Это стало доступно благодаря специальному транзистору, сохраняющему значение в двоичном коде. Поэтому значение пикселя сохраняется прямо до того, как происходит смена сигнала.

Принципы работы

Тип матрицы TFT в настоящее время можно найти во многих мониторах, которые являются жидкокристаллическими. В основе технологии лежит использование тонкопленочного транзистора. Более того, каждый пиксель получает до четырех транзисторов. И все это благодаря активной матричной технологии.

Современные мониторы работают по определенной схеме. Она заключается в том, что каждый пиксель имеет в себе базовые цвета – красный, синий и зеленый. Исходя из них появляются уже остальные цвета. Так, в каждом пикселе есть три ячейки света, к которым подключен отдельный транзистор. Благодаря ему сообщается, какие цвета необходимо передавать. В совокупности данные пиксели и обеспечивают появление изображения на экране. Эта схема также называется RGB.

Устройство TFT дисплея

Конструкция ЖК-дисплея представлена следующим образом. Слои накладываются друг на друга, поэтому его часто сравнивают с сэндвичем. Его основная часть состоит из:

тонкопленочного транзистора;
цветного фильтра;
слоя жидких кристаллов.

Сама жидкокристаллическая матрица включает в себя:

поляризаторы;
электроды;
рассеиватель света;
стекло;
слой с жидкими кристаллами.

Свет в ЖК-дисплеях обеспечивается светодиодами или флуоресцентными лампами.

История создания TFT дисплея

Жидкие кристаллы были открыты еще тогда, когда никто не знал о мониторах. Они связаны с несколькими известными личностями, о которых знают во всем мире. Все началось с открытия жидких кристаллов ботаником из Австрии Фридрихом Райнитцером. Это произошло в 1888 году, когда он исследовал холестерины в растении. Путем опытов удалось получить вещество, обладающее кристаллической структурой. Также оно имело особенность при нагреве вести себя необычным образом. Когда температура достигала 145.5 градусов, то с веществом начинало происходить следующее. Оно становилось мутным и текло, кристаллическая структура сохранялась до 178.5 градусов. Только после этой отметки оно становилось жидким. Австрийский ботаник поспешил поделиться своим открытием с Отто Леманном, немецким физиком. Он тоже смог внести свой вклад в открытие. Необычная жидкость касательно оптических и электромагнитных свойств вела себя словно кристалл. Благодаря физику из Германии и появилось название жидкий кристалл, которое уже знакомо многим. Под ним понимают переходное состояние между твердым и изотропным жидким касательно вещества. Им сохраняется кристаллический порядок расположения молекул.

Также к истории стоит отнести фамилию русского физика Всеволода Константиновича Фредерикса. Он в 1927 году произвел открытие под названием «Переход Фредерикса». Со временем переход стал активно задействоваться в дисплеях жидкокристаллического типа. Далее изучение данного вопроса продолжалось. Компания RCA занималась электрооптическими эффектами в жидких кристаллах. Материалы из них уже тогда рассматривались для устройств, необходимых для отображения. С именем Джорджа Хейлмейера связано появление самого первого жидкокристаллического дисплея в 1964 году. Затем компании RCA удалось показать свой новый продукт. В 1968 году можно считать моментом выхода жидкокристаллического монохромного экрана. Далее марка «Шарп» создала калькулятор с ЖК дисплеем. После этого такие экраны уже можно было встретить в измерительных устройствах, калькуляторах и часах электронного типа.

Первое упоминание TN-effect – нематического эффекта относится к 1970 году. Его запатентовала швейцарская компания Хоффманн – ЛяРош. Далее уже в следующем году был получен патент аналогичного типа в США. Джеймсом Фергюсоном и компанией ILIXCO был выпущены LCD, созданные на основе TN-эффекта. Эта технология пригодилась для создания калькуляторов и электронных часов. Однако для больших экранов она еще не подходила. 1983 год был ознаменован важным событием. Швейцарские специалисты создали нематический материал нового типа для ЖК-экранов с пассивной матрицей. Он назывался STN, но еще имел свои недостатки. Работники компании «Шарп» для решения этого вопроса решили создать конструкцию Doudle STN, а в 1987 году ими был выпущен самый первый цветной 3-дюймовый жидкокристаллический экран. И через год ими же был представлен дисплей TFT LCD с диагональю в 14 дюймов.

Другие компании также занимались выпуск устройств с ЖК-экранами. Так, Casio в 1983 имела свой телевизор черно-белого типа с данной технологией, а затем могла похвастать цветным телевизором с ЖК-экраном портативного типа и видеокамеру с ЖК-экраном. В 90-х годах немало компаний начали разрабатывать варианты, которые бы стали альтернативой дисплеям TN и STN, а также в Германии запатентовали технологию IPS.

TFT дисплей: где используют

Сегодня TFT-дисплеи зачастую используются производителями мониторов. Как правило, речь идет о бюджетных моделях. При этом TFT-мониторы зачастую интересны кибер спортсменам и заядлым геймерам, которым важнее всего является не сочность картинки, а минимальное время отклика. Такие дисплеи применяются и в некоторых дешевых смартфонах, а также в других недорогих гаджетах.

Если вы работаете в офисе или учитесь, то наверняка хотя бы раз в жизни сталкивались с электронными калькуляторами. Здесь также активно используются пусть и маленькие, но удобные TFT-экраны. Это же относится и к электронным часам, которые были очень популярны до недавнего времени. Причем производители стараются устанавливать в такие устройства монохромные матрицы. Еще одним ярким примером служат электронные книги. Такие матрицы не требуют много энергии, являются очень дешевыми в плане стоимости изготовления, относительно безопасны для глаз пользователей.

Основные характеристики TFT

В настоящее время известны три варианта матрицы, которые отличаются своими параметрами.

TFT TN

Технологию в основном можно встретить в активных ЖК-мониторах. Она хорошо изучена и доработана, поэтому матрица относится к более бюджетным. Название расшифровывается, как Twisted Nematic, что переводится – скрученный нематик. Матрица имеет характеристики первых конструкций, тонкопленочного вида. Чаще всего подобные виды дисплеев используют в офисных или домашних компьютерах, а также игровых устройствах. Одним из главных достоинств данной технологии принято считать высокую скорость отклика монитора. Это положительно влияет процесс игры, так как картинка более плавная и можно быстро заметить любые изменения в геймплее. Важно, что пиксель способен быстро менять свое свечение. Это стало возможно благодаря особой конструкции. Что касается недостатков, то к ним относят низкую контрастность, небольшие углы обзора, не самое лучшее качество передачи цвета.

VA, MVA, PVA

Vertical alignment – вертикальное выравнивание появилось благодаря компании Fujitsu. Технология была открыта в 1996 году. Она появилась, чтобы углы обзора стали лучше как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости. Фуджицу также поработали и над частотой отклика монитора, поэтому она стала намного выше. Кроме того, теперь изображение стало плавным, а картинка более объемной и контрастной. Также компания причастна и к появлению технологии MVA, появившейся в след за VA. Здесь были убраны многие недочеты первой версии. Она отличается широкими углами обзора, насыщенным черным цветом и отличной скоростью реакции. К минусам обычно относят быструю смену резких цветовых переходов и медленную смену плавных. Технология PVA появилась благодаря компании Samsung. Ее создатели избавились от многих ошибок, которые существовали ранее. Кроме достоинств версии MVA в ней добавились еще высокая четкость и контрастность.

Какие бывают подсветки в TFT дисплеях?

Дисплей обязан иметь дополнительное свечение внутри, так как благодаря этому человек может увидеть картинку на экране. Это обеспечивает модуль подсветки.

Светодиодная (LED) подсветка довольно часто встречается в ЖК-дисплеях. Она не требует большого потребления энергии, а также отличается улучшенными показателями – контрастности и цветопередачи. Кроме того, подобный тип подсветки может прослужить намного дольше остальных.

Флуоресцентные лампы также используются в качестве подсветки. С их помощью достигаются множество цветов. Такая подсветка позволяет получить белый цвет экрана, который довольно часто задействован в ЖК-дисплеях. Лампы также не нуждаются в большом потреблении энергии. Их стабильную работу способен обеспечить источник переменного напряжения (от 80 до 100 В). В отличие от первого варианта дисплей с такой подсветкой имеет меньший срок службы.

Часто пользователи становятся перед выбором, когда хотят приобрести для себя монитор или необходимое им устройство. Они начинают просматривать параметры, чтобы остановиться на лучшем варианте. Важно знать, что технологии TFT и LCD переплетены между собой, поэтому не исключают друг друга. Обе связаны с монитором, и он не может без них существовать. Однако стоит уточнить, что Super LCD – это ничто иное, как название экрана. Он отличается жидкокристаллической подсветкой высокого качества и имеет матрицу IPS. Такие устройства гарантируют пользователю отличную передачу цветов и прекрасную яркость. SLCD матрицы выигрывают у классических версий TFT, так как готовы обеспечить пользователя более широкими возможностями.

Перспективы TFT дисплея

На сегодняшний день технология TFT вряд ли имеет светлое будущее. Данные дисплеи уже достигли своего максимума и развиваться дальше уже практически некуда. Но и полностью исчезать они не собираются. TFT-матрицы имеют свои сильные стороны, благодаря чему их внедрение будет продолжаться и в последующие годы.

Первый рабочий жидкокристаллический дисплей был создан Фергесоном (Fergason) в 1970 году. До этого жидкокристаллические устройства потребляли слишком много энергии, срок их службы был ограничен, а контраст изображения был удручающим. На суд общественности новый ЖК-дисплей был представлен в 1971 году и тогда он получил горячее одобрение. Жидкие кристаллы (Liquid Crystal) - это органические вещества, способные под напряжением изменять величину пропускаемого света. Жидкокристаллический монитор представляет собой две стеклянных или пластиковых пластины, между которыми находится суспензия. Кристаллы в этой суспензии расположены параллельно по отношению друг к другу, тем самым они позволяют свету проникать через панель. При подаче электрического тока расположение кристаллов изменяется, и они начинают препятствовать прохождению света. ЖК технология получила широкое распространение в компьютерах и в проекционном оборудовании.

Отметим, что первые жидкие кристаллы отличались своей нестабильностью и были мало пригодными к массовому производству. Реальное развитие ЖК технологии началось с изобретением английскими учеными стабильного жидкого кристалла - бифенила (Biphenyl). Жидкокристаллические дисплеи первого поколения можно наблюдать в калькуляторах, электронных играх и в часах.

Насладимся плоским экраном

Современные ЖК мониторы также называют плоскими панелями, активными матрицами двойного сканирования, тонкопленочными транзисторами. Идея ЖК мониторов витала в воздухе более 30 лет, но проводившиеся исследования не приводили к приемлемому результату, поэтому ЖК мониторы не завоевали репутации устройств, обеспечивающих хорошее качество изображения. Сейчас они становятся популярными - всем нравится их изящный вид, тонкий стан, компактность, экономичность (15-30 ватт), кроме того, считается, что только обеспеченные и серьезные люди могут позволить себе такую роскошь.

Время идет, цены падают, а ЖК мониторы становятся все лучше и лучше. Теперь они обеспечивают качественное контрастное, яркое, отчетливое изображение. Именно по этой причине пользователи переходят с традиционных ЭЛТ-мониторов на жидкокристаллические. Раньше жидкокристаллические технологии были медленнее, они не были настолько эффективными, и их уровень контрастности был низок. Первые матричные технологии, так называемые пассивные матрицы, вполне неплохо работали с текстовой информацией, но при резкой смене картинки на экране оставались так называемые "призраки". Поэтому такого рода устройства не подходили для просмотра видеофильмов и игр. Сегодня на пассивных матрицах работает большинство черно-белых портативных компьютеров, пейджеры и мобильные телефоны. Так как ЖК технология адресует каждый пиксель отдельно, четкость получаемого текста выше в сравнении с ЭЛТ-монитором. Отметим, что на ЭЛТ-мониторах при плохом сведении лучей пиксели, из которых состоит изображение, размываются.

Существует два вида ЖК мониторов: DSTN (dual-scan twisted nematic - кристаллические экраны с двойным сканированием) и TFT (thin film transistor - на тонкопленочных транзисторах), также их называют соответственно пассивными и активными матрицами. Такие мониторы состоят из следующих слоев: поляризующего фильтра, стеклянного слоя, электрода, слоя управления, жидких кристаллов, ещё одного слоя управления, электрода, слоя стекла и поляризующего фильтра.

В первых компьютерах использовались восьмидюймовые (по диагонали) пассивные черно-белые матрицы. С переходом на технологию активных матриц, размер экрана вырос. Практически все современные ЖК мониторы используют панели на тонкопленочных транзисторах, обеспечивающих яркое, четкое изображение значительно большего размера.

Как работает ЖК монитор

Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойный бутерброд. Крайний слой любой из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспечивающая нужный цвет - красный, синий или зеленый, и слой жидких кристаллов. Вдобавок ко всему существует флуоресцентная подсветка, освещающая экран изнутри.

При нормальных условиях, когда нет электрического заряда, жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии. В этом состоянии жидкие кристаллы пропускают свет. Количеством света, проходящего через жидкие кристаллы, можно управлять с помощью электрических зарядов - при этом изменяется ориентация кристаллов.

Как и в традиционных электроннолучевых трубках, пиксель формируется из трех участков - красного, зеленого и синего. А различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту кристалла и изменению яркости проходящего светового потока).

TFT экран состоит из целой сетки таких пикселей, где работой каждого цветового участка каждого пикселя управляет отдельный транзистор. Именно здесь стоит поговорить о разрешении. Для нормального обеспечения экранного разрешения 1024х768 (режим SVGA) монитор должен располагать именно таким количеством пикселей.

Почему именно ЖК?

Жидкокристаллические мониторы обладают совершенно иным стилем. В традиционных электроннолучевых мониторах формообразующим фактором был кинескоп. Его размер и форму нельзя было изменять. В ЖК мониторах кинескопа нет, поэтому можно производить мониторы любой формы.

Преимущества ЖК мониторов

ЖК мониторы более экономичные;
У них нет электромагнитного излучения в сравнении c ЭЛТ-мониторами;
Они не мерцают, как ЭЛТ-мониторы;
Они легкие и не такие объемные;
У них большая видимая область экрана.

Разрешение: ЭЛТ-мониторы могут работать на нескольких разрешениях в полноэкранном режиме, когда ЖК монитор может работать только с одним разрешением. Меньшие разрешения возможны лишь при использовании части экрана. Так, например, на мониторе с разрешением 1024х768 при работе в разрешении 640х480 будет задействовано лишь 66% экрана.

Измерение диагонали: размер диагонали видимой области ЖК монитора соответствует размеру его реальной диагонали. В ЭЛТ-мониторах реальная диагональ теряет за рамкой монитора более дюйма.

Сведение лучей: в жидкокристаллических мониторах каждый пиксель включается или выключается отдельно, поэтому не возникает никаких проблем со сведением лучей, в отличие от ЭЛТ-мониторов, где требуется безукоризненная работа электронных пушек.

Сигналы: ЭЛТ-мониторы работают на аналоговых сигналах, а ЖК мониторы используют цифровые сигналы.

Отсутствие мерцания: качество изображения на ЖК мониторах выше, а при работе нагрузка на глаза меньше - сказывается ровная плоскость экрана и отсутствие мерцания.

Как выбирать ЖК монитор?

"Внешность обманчива" - это высказывание применимо ко всему, включая и жидкокристаллические мониторы. Большинство неопытных покупателей делают свой выбор под влиянием внешности монитора. При покупке монитора в первую очередь стоит учитывать следующее.

"Мертвые пиксели" - на плоской панели может не работать несколько пикселей. Распознать их нетрудно - они всегда одного цвета. Они возникают в процессе производства и восстановлению не подлежат. Приемлемым считается, когда в мониторе не более трех таких пикселей. В некоторых случаях, такие пиксели могут раздражать - особенно при просмотре фильмов. Поэтому если для вас критично отсутствие мертвых пикселей, перед покупкой конкретного монитора проверьте его.

Угол просмотра - Если вы когда-либо ранее пользовались ноутбуком, вы, вероятнее всего, знаете, что работать за ЖК монитором лучше всего под определенным углом. У некоторых мониторов значение этого угла довольно велико, таким образом вы можете видеть изображение на мониторе даже в тех случаях, когда монитор не находится непосредственно перед вами. Отметим, что некоторые владельцы ноутбуков находят небольшие значения угла полезными - в тех случаях, когда требуется, чтобы ваш сосед не видел, что происходит на экране вашего монитора. Итак, угол в 120 градусов считается неплохим.

Контрастность - сами по себе пиксели не вырабатывают свет, они лишь пропускают свет от подсветки. И темный экран вовсе не означает, что подсветка не работает - просто пиксели блокируют этот свет и не пропускают его сквозь экран. Под контрастностью LCD монитора подразумевается, сколько уровней яркости могут создавать его пикселы. Обычно, контрастность 250:1 считается хорошей.

Яркость - насколько ярким может быть ЖК монитор? По правде сказать, яркость жидкокристаллического дисплея может быть выше яркости электронно-лучевой трубки. Но, как правило, яркость ЖК монитора не превышает 225 кандел на квадратный метр - это сопоставимо с яркостью телевизора.

Размер экрана - как и у ЭЛТ-мониторов, размер ЖК мониторов определяются диагональю. Однако заметим, что у ЖК мониторов нет черной рамочки, какая имеется у ЭЛТ-мониторов. Поэтому экран в 15,1 дюйма на самом деле показывает 15,1 дюйма (обычно это соответствует разрешению 1024х768). ЖК монитор размером 17,1 дюйма будет работать в разрешении 1280х1024.

Как выбирать ЖК монитор?

Существует множество различных производителей ЖК мониторов. Наиболее известны мониторы Viewsonic, Sony, Silicon Graphics, Samsung, Nec, Eizo Nano и Apple. Обычно за такими мониторами сидят крутые ребята. Обратите, ни один современный фильм не обходится без ЖК мониторов - ведь они так привлекательны. Вспомнить, к примеру, последние боевики: Лару Крофт из "Томб Райдера" окружали Sony N50, а в "Рыбе-меч" в компьютерной комнате использовались Silicon Graphics 1600SW. Разве они не выглядят привлекательно?

выглядят хорошо, легко, очень тонкий (всего 1,2 см) - 15"

Толщиной лишь 1,2 см, красивы, дороги, качественная картинка, и вообще, вещь - загляденье - 18"

Viewsonic VP181 - дорогой, имеет входы-выходы для TV, VCD, DBD, кроме того, встроенный колонки - 18";
Apple Cinema Display - отличаются высоким разрешением, имеют большой экран, отличаются дизайном - 22";
Sony M81 - тонкие, но на самом деле выглядят несколько иначе, не так, как на этом рисунке - 18"

SGI 1600SW - отличаются дизайном, превосходными характеристиками, дорогие - 17";
Sony L181 - очень тонкие, очень дорогие, но используют технологию Trinitron - 18";
Eizo Nano - выглядят изящно, дорогие - 18"

В этом году появился первый тонкоплёночный транзистор (thin-film transistor, TFT), разработанный инженером RCA Полом Веймером — изобретателем, получившим множество патентов, связанных с технологией электронно-лучевых трубок. Его работа, вдохновлённая предыдущими инновациями, стала фундаментом, приведшим к созданию современной технологии производства дисплеев. RCA использовала изобретение в качестве основы технологии создания дисплеев на жидких кристаллах, которую в дальнейшем усовершенствовал её конкурент, компания Westinghouse.

Apple PowerBook G4 — прекрасный пример ЖК-дисплея с активной матрицей

Изобретение ЖК-дисплея с активной матрицей как образец истории изобретателей

В истории электроники не было сюжета прекрасней, чем рассказ об изобретателе (или группе изобретателей), разработавшем что-то великолепное, компания которого отказалась от его проекта из опасений, что оно не соответствует её потребностям.Вот несколько таких историй, ставших известными:

Дэвид Коллинз, новатор в истории штрихкода, многие годы работал в Sylvania над разработкой устройств для железнодорожных вагонов, но в конечном итоге компания отказалась от его идеи, поэтому он решил двигаться самостоятельно и добился огромного успеха.

Xerox Alto, один из первых примеров графического интерфейса пользователя, игнорировался компанией Xerox до начала 1980-х, когда один из посетителей Xerox PARC, руководитель Apple Стив Джобс, не позаимствовал его базовые концепции для Apple Lisa и Macintosh.

Kodak самостоятельно разработала множество базовых концепций цифровой камеры, но изобретателю Стиву Сассону сначала сказали отказаться от его идеи, и только потом Kodak с запозданием начала использовать устройство, изобретённое сотрудником компании.

Наша история будет похожей, только речь в ней идёт о том самом экране, на который, скорее всего, вы сейчас смотрите, особенно если он изготовлен по технологии ЖК-дисплеев.

В 1970-х годах пара инженеров Westinghouse, Питер Броди и Фан Чэнь Ло, разработали первый ЖК-экран на активной матрице. Родившийся в Венгрии Броди заинтересовался новой экспериментальной технологией тонкоплёночных транзисторов, считавшейся потенциальным способом визуального отображения содержимого в более компактном, нежели ЭЛТ, виде.

В заявке на патент изобретатели подчеркнули, что технология реализуема, но требует другого технического базиса вместо кремния, который обычно используется в транзисторах.

«Уже очевидно, что твёрдотельные плоскопанельные дисплеи концептуально реализуемы», — утверждалось в заявке на патент. «Попытки использования для этого кремниевой технологии ограничены размером кремниевых пластин, что не позволяет создавать дисплеи большой площади».

Ничего особенного, просто несколько пикселей под микроскопом.

Поэтому вместо кремния авторы использовали тонкоплёночные транзисторы на стеклянной подложке, что позволило устройству быть прочным, но более тонким, и в то же время пропускать свет. Тонкая плёнка крепилась на слое изолятора с электродом, пропускающим напряжение по экрану. Устройство площадью около сорока квадратных сантиметров могло отображать объекты с разрешением 20 строк на дюйм. (Для сравнения: MacBook Air имеет разрешение примерно 227 строк на дюйм.)

Сегодня увидеть отдельные транзисторы на экране довольно сложно без, допустим, микроскопа, но в 1970-х это было очень легко, поэтому когда журнал «Time» писал об этом изобретении в 1974 году, то описал его как «похожий на бумагу-миллиметровку паттерн, имеющий 14400 точек пересечения».

Питер Броди, сыгравший важную роль в развитии ЖК-панелей на активной матрице

Хотя разработчики признавали, что устройство было довольно грубым, а «разрешение позволяло отображать только силуэты букв, чисел и простых изображений», оно продемонстрировало потенциал плоских экранов, которые однажды заменят громоздкие ЭЛТ-дисплеи. В статье Time Броди сказал, что его скромное устройство является «вероятно, самой крупной в мире интегральной схемой», а не просто экраном.

Как указано в заявке на патент, это был не единственный тип тонкого экрана — например, существовала плазменная технология, получившая популярность в телевизорах в начале 2000-х; на её основе были созданы терминалы компьютерной системы PLATO, известные своим оранжевым оттенком изображения.

Но это стало только отправной точкой технологии, которая осталась с нами. К середине 1990-х цветные дисплеи с активной матрицей стали привычными для ноутбуков благодаря сочетанию ярких цветов и малой толщины. Однако несмотря на то, что концепция была придумана в отделе исследований и разработок американской компании и совершенствовалась другими компаниями, почти все панели даже на самом рассвете их популярности производились японскими изготовителями.

В чём же заключалась проблема? Разработанная Броди и Ло технология так и не получила развития в Westinghouse; частично это было вызвано тем, что компания постепенно уходила с рынка телевизоров, потому что столкнулась на нём со сложностями. Как писал в 1991 году MIT Technology Review, из-за быстрого развития ноутбуков с цветным экраном на компьютерном рынке Westinghouse в начале 1970-х прекратила продавать телевизоры и закрыла исследовательский отдел компании, позволивший Броди и его команде разработать устройство.

На самом деле, эксперименты Westinghouse с плоскопанельными ЖК-дисплеями завершились в 1970-х; то же самое произошло и с другими крупными американскими компаниями. «И крупные корпорации, и стартапы с венчурным капиталом уходили из этой области, обычно это было вызвано производственными сложностями», — писали Ричард Флорида и Дэвид Броуди.

Наблюдатели из Westinghouse, дававшие интервью Time, сказали, что технология была отличной, но разработчики часто пропускали дедлайны; Уильям Коутс, работавший в отделе потребительской электроники, сообщил, что в результате это оттолкнуло компанию от использования инновационной технологии.

«Мы постоянно не укладывались в графики и в бюджеты», — говорит он.

Из этого можно извлечь такой урок: если кто-то не справляется с управлением, но у него есть хорошая идея, то найдите ему менеджера получше.

Такое количество миллисекунд требуется для обновления экрана на пассивной матрице; для сравнения: согласно статье 1991 года в InfoWorld article, в то время экрану на активной матрице требовалось от 15 до 30 миллисекунд. На тот момент в ноутбуках постепенно набирали популярность дисплеи с пассивной матрицей, потому что низкокачественные экраны значительно снижали цену ноутбуков, стоивших тогда как подержанный автомобиль. Однако в статье утверждалось, что успех экранов с пассивной матрицей продлится недолго. «Даже самые упорные сторонники технологии цветных дисплеев с пассивной матрицей признают, что будущее цвета в портативных устройствах скорее всего будет связано с активной матрицей», — писали журналисты Лиза Пикарелле и Том Квинлан. «Как только масштабы производства TFT-дисплеев с активной матрицей станут выше, цены неминуемо начнут снижаться».

Примеры первых компьютерных экранов 1980-х, представленные в статье Popular Science. В некоторых используются жидкие кристаллы; в других — плазма. Распространение цветных экранов началось только в 1990-х.

ЖК-панели в основном производились в Азии из-за нежелания крупных технологических компаний инвестировать в них

Изучая рост популярности ЖК-экранов с активной матрицей, я поразился схожести тенденций между ЖК и eInk. Часто электронные чернила становились решением в поисках задачи, которому не хватало инвестиций, чтобы попасть на мейнстримный рынок вне рынка электронных книг, на котором они медленно совершенствовались в течение многих лет.

Но для популярности eInk недоставало возможности отображения цветов, несмотря на множество попыток, например, при помощи технологий наподобие Mirasol; из-за этого им не удавалось привлечь внимание производителей, несмотря на серьёзные инвестиции крупных компаний.

С другой стороны, проблема ЖК-дисплеев с активной матрицей заключалась не столько в отсутствии интереса к продукту, сколько в нежелании больших компаний вкладываться в него.

В частности, это отразилось и в том, чем занялся Броди, когда Westinghouse навсегда отказалась от его разработок. Броди основал собственную компанию Panelvision, пытаясь развивать и поставить на коммерческие рельсы технологию активных матриц, которую в то время старались разрабатывать и другие компании. Технология активной матрицы имела ключевое преимущество перед многими другими типами дисплейных технологий, использовавшихся в то время в компьютерных экранах — широкие углы обзора. Низкокачественные ЖК-дисплеи, например, те, которые использовали технологии пассивной матрицы, сталкивались с проблемами низкого качества освещения и размытия, и их нельзя было использовать на улице.

«При увеличении количества строк возникает всё больше сложностей с адресацией каждого элемента, между ними возникает взаимное влияние», — объяснял Броди в статье 1985 года в Popular Science. «Другими словами, для активации ЖК-элементов нужно подать на строку достаточно сильный заряд, но не такой сильный, чтобы активировались соседние пиксели».

В статье Броди совершенно верно предсказывает, что при увеличении масштабов производства рынок ЖК-экранов будет становиться всё менее дорогим. Но существовала проблема — в конечном итоге, крупномасштабной разработкой этих технологий стала заниматься не компания Броди. Вскоре после интервью Popular Science его компания была продана, а сам он покинул её, и столкнулся с ещё большими сложностями поиска лиц, заинтересованных в его новой компании Magnascreen.

Частично это было вызвано тем, что появились мировые конкуренты, внедрявшие более мощные инновации. Например, Matsushita (теперь называющаяся Panasonic) и Hitachi в 1980-х начали активно инвестировать средства в собственные технологии TFT-панелей; кульминацией их исследований стала разработка в 1990-х технологии in-plane switching (IPS). Панели IPS используются в ноутбуках даже сегодня.

Но существовали и более обширные культурные проблемы, нанёсшие ущерб американским производителям TFT-дисплеев: как подчёркивается в статье 1991 года в MIT Technology Review, в процессе поиска инвестиций Броди столкнулся со множеством препятствий, потому что технологические компании хотели видеть в Panelvision поставщика, способного создать технологию для их устройств; они не хотели сложностей с инвестициями в разработку самой технологии. (Мешало и то, что Panelvision находилась в Питтсбурге, который из Кремниевой долины казался дальше, чем Япония.)

Эта проблема достаточно широко распространена — как говорится в статье в Electrochemical Society, многие исследовательские работы проводятся в западных странах, но производства в них не так много.

«Некоторые американские и европейские компании активно участвуют в исследованиях и разработках, внося большой вклад в понимание физики устройства и технологии процессов», — объясняет автор Юэ Ко. «Однако они построили очень мало заводов для крупномасштабного производства».

Частично это было вызвано тем, что создать качественный ЖК-дисплей было сложно (позже с подобными сложностями столкнулись и производители цветных eInk-дисплеев).

Признайтесь, сегодня вы считаете это чем-то само собой разумеющимся.

Однако японские компании без сомнений шли на подобные инвестиции, и в результате прежнее поколение крупных технологических компаний попросту уступила фундаментальную технологию другой части мира. Флорида и Броуди пишут:

К сожалению, опыт Magnascreen, Panelvision и Westinghouse неуникален. Как и Westinghouse, другие крупные компании (RCA, GE, Burroughs, IBM, Raytheon, Zenith, Hughes, Texas Instruments, NCR, AT&T и Exxon) взращивали технологии плоских дисплеев, а затем отказывались от них. Остатки работ Panelvision и Magnascreen стали причиной роста множества новых компаний: Plasma Graphics (дочерняя компания Burroughs), Electro-Plasma (Owens-Illinois) и кучи других, большинство из которых провалилось. Ни одна из них не добралась до стадии массового производства.
Неспособность корпораций США заработать на большом изначальном превосходстве в важной технологии позволила иностранным конкурентам их обойти. Сегодня в США нет крупных фабрик ЖК-дисплеев с активной матрицей. За последние несколько лет четыре японские корпорации — Hitachi, Matsushita, Seiko Epson и Sharp — инвестировали в такие заводы в своей стране больше ста миллионов долларов. Hoshiden делает экраны для портативных Macintosh. Sharp создаёт экраны для нового компьютера Texas Instruments в формате ноутбука. IBM недавно организовала совместное предприятие с Toshiba под названием Display Technologies Inc. для создания 10-дюймовых цветных дисплеев с активной матрицей для своих компьютеров в Японии.

Разумеется, изобретённые в одной стране технологии не обязаны в ней оставаться. На самом деле, глобализация чаще всего является благом, потому что её преимущества помогают всем.

Но странно, что потенциал этой фундаментальной технологии, которую вы скорее всего используете для чтения этой статьи, был, по сути, отвергнут целой страной из-за нежелания инвестировать в производство.

В этом году двое исследователей из Eastman Kodak, Чин Тан и Стивен Ван Слайк, разработали первый практичный органический светодиод (organic light-emitting diode, OLED), в котором использовались два слоя тонких органических компонентов для того, чтобы дисплей мог генерировать свет на уровне пикселей, а не благодаря подсветке. Эта технология, разработанная на основе инноваций, созданных десятки лет назад в таких организациях, как RCA, а позже усовершенствованных для обеспечения поддержки полноцветных экранов, стала ключевым элементом современных смартфонов и телевизоров верхнего ценового сегмента. (И в отличие от разработчиков ЖК-технологии с активной матрицей, Kodak сотрудничала с японской компанией Sanyo, однако позже Sanyo купила Kodak.)

Нежелание инвестировать в фабрики и производство помогло американским компаниям избежать естественного риска использования непроверенной технологии. Но в то же время это дало отдельной части мира контроль над процессом производства важнейших компонентов. И это означает, что если возникнут проблемы (как это недавно случилось с большим дефицитом компонентов чипов для дисплеев), такой контроль сделает нас более подверженными риску.

Фабрика по производству смарт-телевизоров в действии.

Очевидно, что я не хочу сказать, что люди, принимающие решения об инвестициях, думают именно так — в первую очередь они думают о собственных нуждах, а не о рынке в целом. Но это заставляет задуматься, как бы выглядела отрасль технологий, если бы её важнейший компонент не был так быстро отдан в руки единственной части мира. Вероятнее всего, мир выиграл бы от того, если бы дисплейные технологии разрабатывались и совершенствовались в разных местах.

По крайней мере, одно можно считать истинным — как справедливо предсказал Питер Броди сорок лет назад в начале статьи в Inc. о своём уходе из Westinghouse: «Электронно-лучевая трубка, подобно динозаврам, скоро вымрет, и причина этого будет такой же: слишком большая масса и слишком маленький мозг».

В этом он был абсолютно прав, и он оказался значительно прозорливее, чем считали его работодатели и инвесторы. Почему они не видели того, что видел он?

Читайте также: