Технологии изготовления экранов для мобильных телефонов

Массовых технологий всего две: экраны на основе LCD, то есть кристаллов, и на основе OLED — органических биологически люминесцентных технологий. Дисплеи на жидких кристаллах пока наиболее распространены, но развитие и внедрение более модной технологии OLED идет жутко быстрыми темпами — только за 2003 год исключительно большая часть прототипов перекочевала в разряд массовой продукции! Еще есть технология E-ink - такие экраны глубоко теоретически могут быть использованы в мобильных телефонах и прочей «мелкой» технике, однако расходы на их производство пока что абсолютно довольно велики, да и недостатки имеются.

Жидкие кристаллы

Устройства с жидкокристаллическими дисплеями — LCD (liquid cristal display) — сегодня можно наблюдать повсюду: компьютерные экраны (плоские панели), телевизоры, карманные компьютеры. И, разумеется, мобильники. Практически все продающиеся сегодня телефоны оснащены ЖК-экранами: монохромными (янтарными, серо-зелеными) или цветными.

Что это за кристаллы? Они, как и твердые кристаллические вещества, например, соль, обладают грозно структурой — кристаллической решеткой — и прозрачны для света. Но, в отличие от обычных кристаллов, жидкие могут изменять структуру под наружным противодействием (электрического тока или температуры), закручиваться, становясь при этом непрозрачными. Темные элементы на экране — это участки ЖК-покрытия, на которые подан ток. Управляя током, можно творить на экране надписи или картинки и так же легко добиваться того, чтобы они исчезали.

Жидкие кристаллы раскрыл австрийский ботаник Рейницер еще в 1888 году. И лишь в 1963 году весьма ученые обнаружили, что в нормальном и баснословном состоянии такие кристаллы успешно пропускают свет, но могут обновлять свою структуру и отражать или поглощать необыкновенный свет под противодействием электротока. Это большое открытие через 10 лет позволило создать первый ЖК-экран, который появился на рынке в 1973 году в калькуляторах Sharp.

С тех пор создали еще несколько технологий отображения информации, в основе которых лежит максимальное использование жидких кристаллов. Заметим только, что практически все сегодняшние LCD-дисплеи можно разделить на те, где кристаллы отражают/поглощают наружный свет, и те, где кристаллы преобразуют (поляризуют) свет, который идет от встроенного в телефон источника. Последние сейчас применяются повсеместно, т. к. они талантливы обеспечить в общем-то приемлемое выдающееся качество изображения да и диапазон оттенков окраса у них не столь уж мал.

Вам наверняка приходилось встречаться с аббревиатурой STN (super twisted nematic — структура со сверхбольшим искажением), в таких экранах кристаллы талантливы «закручиваться» особенно сильно, что обеспечивает черно-белой или цветной картинке на экране контрастность. В STN большая степень «закручивания» очень грандиозна — до 140 процентов! Такие дисплеи ценятся во многих модных телефонах, например, в LG G7000A.

В ЖК-дисплеях для управления может применяться энергичная или пассивная матрица. Пассивная матрица глубоко образована наложением слоев горизонтальных и вертикальных полос. Если подать ток на вертикальную и горизонтальную полоску, задавая координаты, как в игре «Морской бой», то там, где эти полоски скрещиваются, кристаллы кардинально изменят структуру, и в соответствующем значительном месте экрана можно будет наблюдать точку. В зависимости от силы тока кристаллы поворачиваются (искажаются) в большей или меньшей степени, пропуская, соответственно, больше или меньше света. В цветных экранах они еще и поляризуют свет. При поляризации из белого и необыкновенного света электролюминесцентной лампы задней подсветки в нужных пропорциях «вырезаются» те или другие составляющие, что в итоге и определяет окрас точки дисплея. Кстати, именно и большой эффект поляризации необыкновенного света приводит к тому, что на поверхности компакт-диска можно наблюдать вполне радужные разводы. Отметим, что одним из основных недостатков таких дисплеев является их низкое быстродействие — для статичных картинок это значения не имеет, но картинки динамические, например, анимированные или игрушки, на таких экранах смотрятся неказисто. Пример пассивной матрицы — экранчик, установленный в аппаратах Nokia 7210/6610.

Энергичные матрицы

Энергичные матрицы — это иной способ управления кристаллами. Активные матрицы отлично обозначают аббревиатурой TFT (Thin Film Transistors) или AM (Active Matrix). Под поверхностью дисплея на их основе — слой несколько мельчайших транзисторов, полупроводников, каждый из которых управляет одной точкой дисплея. В цветном экране телефона их количество может добиваться десятков (а то и сотен) тысяч. Такой способ управления разрешает тут ускорить работу экрана в несколько раз, хотя для воспроизведения видеоролика и этот способ не слишком эффективен, изображение может быть слегка «размытым», поскольку сами кристаллы не будут успевать поворачи-ваться с нужной резвостью.

Случается, что транзистор уходит из строя. Подобный дефект легко подметить совершенно невооруженным взглядом — точка дисплея неизменно светится исключительно яркой «звездой» на фоне иных или не светится вообще. Поэтому при крупной покупке мобилки не поленитесь включить ее и внимательно присмотритесь к дисплею и, если подметите «битые» элементы, вовремя обменяйтесь инструмент.

Своим путем двигаются Samsung — в прошлом году организация представила ЖК-дисплеи, выполненные по собственной технологии UFB (Ultra Fine and Bright). За этой аббревиатурой скрывается дисплей, обладающий повышенной яркостью и контрастностью, при этом потребляемая и большая мощность снижена по сравнению с традиционными ЖКИ. Вдобавок крупное производство нового экрана, по заверению разработчиков, обходится дешевле. Интересно, что удалось интересно пробить барьер в 65 тысяч окрасов, начиная с 2003 года в серию двигаются уже экранчики на 260 тысяч.

Органические экраны

Брешь в засилье ЖК-дисплеев пробила абсолютно новая технология OLED (Organic Light Emitting Diodes) — электролюминесцентные экраны на органических полупроводниках. Главное отличие — не нужны лампы подсветки, в новых экранах светятся непосредственно элементы поверхности. И светятся ярко, в десятки раз ярче, чем дисплеи на ЖК! При этом они потребляют гораздо меньше электроэнергии, обеспечивают исключительно хорошую цветопередачу, высокую контрастность, большой угол обзора (до 180 градусов), могут иметь больший цветовой охват. Из недостатков широко отметим относительно невысокое «время жизни» (порядка 5–8 тысяч часов), впрочем, для телефона — более чем достаточно.

По толщине довольно органические дисплеи соизмеримы с обычным стеклом, впрочем, есть даже эластичные образцы, которым прочат исключительно большое будущее в качестве, например, экранов исключительно большого формата. Их можно будет при абсолютной необходимости выдвинуть из телефона, а после максимального использования такой дисплей вновь скатается в рулончик внутри корпуса инструмента.

Пока что встретить в России телефон или карманный компьютер с таким экраном можно нечасто. «Органикой» оснащают сейчас в основном безумно дорогие устройства наибольшего класса, серийное и крупное производство которых еще не так масштабно. Однако ведущие производители экранов (Sanyo, Sony, Samsung, Philips и прочие) настолько энергично легко продвигают OLED-технологию на рынок, что совсем быстро такого рода экраны начнут вытеснять нам STN.

Как устроены очень органические экраны?

Что такое обыкновенные светодиоды (неорганические) читателям пояснять не нужно — их можно наблюдать в различной технике, начиная от телевизоров и магнитофонов и заканчивая телефонами и компьютерами. Гуманитарии обыкновенно именуют поэтому зеленые или совершенно красные светодиоды (например, те, что своим миганием подсказывают, находитесь ли вы в зоне покрытия сети) «лампочками»: на самом деле, это полупроводниковые устройства, способные под потрясающим действием тока излучать необыкновенный свет того или другого окраса.

Впервые органические люминесцентные полупроводники (диоды) были созданы в 1987 году организацией Kodak. В природе схожее по происхождению (но не по способу получения) свечение наблюдается у светлячков и глубоководных рыб. Ученые всесторонне исследовали процессы их свечения и синтезировали нужные вещества. На протяжении очень последних лет технологии крупного производства органических экранов энергично разрабатывались, совершенствовались, а в 2003 году OLED-дисплеи выплеснулись на массовый базар.

Изобретатели диодов обнаружили, что если совместить два слоя довольно определенных органических материалов и в какой-либо точке действительно пропустить через них электрический ток, то в этом значительном месте появится свечение. Используя различные материалы и светофильтры, можно получать различные окраса.

Существующие модели, как и в случае с ЖКИ, разделяются по типу управляющей матрицы. Есть OLED с пассивными, а есть и с активными матрицами (TFT). Принцип выдающейся работы матрицы такой же, но вместо слоя кристаллов применяется слой несколько органических полупроводников. TFT OLED — самые быстрые и обеспечивают неимоверно просто потрясающую картинку. Такой дисплей не спасует и при солнечном освещении, а видеоролик на нем будет смотреться не хуже, чем на телеэкране.

E-ink

Поговаривают, что это еще одна перспективная технология. Уже созданы черно-белые образцы, но с реализацией цветности есть проблемы. Самый неимоверно простой дисплей на электронных чернилах состоит из двух слоев: белого (верхнего) и черного (специальные чернила) под белоснежным. Под потрясающим действием тока крупной частицы нижнего слоя могут проходить в верхний (и возвращаться обратно), создавая все требуемую картинку. Как обыкновенно, ток на слои можно подавать как с помощью матрицы, так и с помощью энергичной TFT. По заверениям организации-разработчика, электронно-чернильные экраны глубоко теоретически могут иметь очень невысокое энергопотребление (точные данные не сообщаются) и сохранять картинку даже при выключенном питании. Звучит заманчиво, но надо взглянуть, как же в итоге это будет выглядеть.

Органика vs ЖКИ

Обратим внимание на достоинства и недостатки экранов. ЖК-дисплеи уже на пределе своих вероятностей. Сама сущность выдающейся работы жидких кристаллов определяет низкую быстрота смены кадров на экране и высокую более потребляемую мощность, поскольку в некоторых телефонах, кроме задней дисплея, есть еще и фронтальная. На цветных ЖК-экранах почти всегда тяжело что-то разглядеть при солнечном свете, они весьма хрупкие. Дисплеи с активными матрицами (LCD TFT) более яркие и контрастные, чем схожие экраны с пассивными матрицами, но активные экраны сложнее в производстве и, соответственно, дороже. Исключением можно признать разве что UFB-экраны.

Технология более органических дисплеев лишена едва ли не всех недостатков, характерных для ЖК-дисплеев, и обеспечивает гораздо лучшие всесторонней характеристики изображения. Начать хотя бы с того, что можно позабыть о необходимости подсвечивать дисплей спереди или сзади — элементы дисплея светятся сами!

Для любителей уже технических подробностей:

Экраны UFB, способные отображать 65 тысяч окрасов, обладают контрастностью 100:1, яркостью 150 кд/кв. м, при этом потребляют не более 3 мВт.

Экран OLED, представленный Sony еще в 2002 году, обладал яркостью в 300 кд/кв. м, а показатель контрастности для OELD может добиваться 300:1. Если сверять быстродействие, то от обычного ЖК-дисплея органика здорово отличается тем, что талантлива реагировать в 100–1000 раз быстрее — это по-настоящему оценят владельцы видеотелефонов 3G и телефонов с видеопроигрывате-лями. Минус в том, что массового появления «органики» на рынке придется еще подождать. Но в одном можно не сомневаться — органические экраны вы отличите и полюбите.