Андрей Борзенко    

По оценкам экспертов корпорации DisplaySearch, занимающейся исследованиями рынка плоских дисплеев, в настоящее время при изготовлении практически любых жидкокристаллических матриц происходит замена технологий: TN LCD (Twisted Nematic Liquid Crystal Display) на STN (Super TN LCD) и особенно на a-Si TFT LCD (amorphous-Silicon Thin Film Transistor LCD). В ближайшие 5 - 7 лет во многих областях применения обычные LCD-экраны будут заменены или дополнены устройствами из следующей технологической пятерки:

- микродисплеи;

- светоизлучающие дисплеи на базе органических материалов OLED (Organic Light Emitting Display);

- дисплеи на базе автоэлектронной эмиссии FED (Field Emisson Display);

- дисплеи с использованием низкотемпературного поликристаллического кремния LTPS (Low Temperature PolySilicon);

- плазменные дисплеи PDP (Plasma Display Panel).

Лидеры рынка

Рынок дисплеев с плоскими экранами растет очень быстро. Эксперты DisplaySearch отмечают, что продажи LCD-мониторов для настольных компьютеров во II квартале этого года возросли на 20% и составили 925 тыс. единиц, что в денежном эквиваленте превышает 1 млрд. долл. В количественном отношении доля LCD-мониторов на рынке дисплеев разных типов выросла до 3,9%, а доля от их продаж увеличилась до 11,4%.

Изображение на микродисплее очень четкое

По имеющимся прогнозам в этом году будет продано 3,89 млн. LCD-мониторов на сумму 4,3 млрд. долл. В 2000 г. количество проданных устройств увеличится до 5,25 млн., а вырученная от их продаж сумма составит 5,3 млрд. долл.

Во II квартале бесспорным лидером в мировой системе продаж LCD-мониторов осталась корпорация NEC (www.nec.com), которая и до того контролировала более 20% рынка. Стоит отметить, что в продуктовой линейке NEC есть мониторы с диагональю экрана 14, 15, 18 и 20 дюймов. В США и Канаде картина несколько иная. Региональным лидером там является корпорация Viewsonic (www.viewsonic.com), чья продукция хорошо известна и в нашей стране. В табл. 1 и 2 приведены первые пятерки компаний, лидирующие в области продаж LCD-мониторов на мировом рынке и в Северной Америке.

Таблица 1. Распределение мирового рынка LCD-мониторов, %

По результатам прошлого года мировым лидером в производстве LCD-матриц была корпорация Samsung Electronics. Общее число произведенных панелей превысило тогда 2,25 млн. шт., что в денежном выражении составило примерно 800 млн. долл. В нынешнем году эти показатели уже перекрыты. Компания Apple Computer, по словам ее исполнительного директора Стива Джобса, очень довольна сотрудничеством с Samsung Electronics и высоким качеством ее продукции, в частности, последняя поставляет LCD-матрицы для компьютеров iBook и Mac PowerBook. Первой в мире корпорация Samsung Electronics изготовила единую (не составную - это очень важно) 30-дюймовую панель TFT LCD. Эффективная площадь экрана подобного устройства эквивалентна 33-дюймовому экрану на базе электронно-лучевой трубки. При толщине 4,5 см вес панели составляет всего 7,5 кг. Потребляемая мощность не превышает 45 Вт.

Этапы большого пути

Жидкие кристаллы впервые были обнаружены австрийским ботаником Райнитцером (Reinitzer) в 1888 г., но только в 1930-м исследователи из британской корпорации Marconi получили патент на их промышленное применение. Впрочем, дальше этого дело не пошло, поскольку технологическая база в то время была еще слишком слаба.

Первый настоящий прорыв совершили ученые Фергесон (Fergason) и Вильямс (Williams) из корпорации RCA (Radio Corporation of America). Один из них создал на базе жидких кристаллов термодатчик, используя их избирательный отражательный эффект, другой изучал воздействие электрического поля на нематические кристаллы. И вот в конце 1966 г. корпорация RCA продемонстрировала прототип LCD-монитора - цифровые часы.

Значительную роль в развитии LCD-технологии сыграла корпорация Sharp (www.sharp-world.com). Она и до сих пор находится в числе технологических лидеров. Первый в мире калькулятор CS10A был произведен в 1964 г. Именно этой корпорацией. В октябре 1975 г. уже по технологии TN LCD были изготовлены первые компактные цифровые часы.

Во второй половине 70-х начался переход от восьмисегментных жидкокристаллических индикаторов к производству матриц с адресацией каждой точки. Так, в 1976 г. Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе LCD-матрицы разрешением 160х120 пикселов.

Третий этап в развитии LCD-технологии начался в 80-х годах, когда в устройствах стали применяться STN-элементы с повышенной контрастностью. Затем на смену им пришли многослойные структуры, позволяющие устранить ошибки при воспроизведении цветного изображения. Примерно тогда же появились активные матрицы на базе технологии a-Si TFT. Первый прототип монитора a-Si TFT LCD был создан в 1982 г. корпорациями Sanyo, Toshiba и Cannon. Впоследствии метод объединения 29-дюймовых активных панелей позволил корпорации Sharp создать экран с диагональю 40 дюймов.

По мнению ряда аналитиков, сейчас есть две многообещающие технологии производства LCD-матриц - полисиликоновая p-Si TFT (Poly-Silicon TFT) и ферроэлектрическая FLCD (Ferroelectric LCD).

У микродисплея действительно микроскопические размеры

Последняя основана на так называемых кирально-смектических жидких кристаллах, предложенных для использования еще в 1980 г. На базе FLCD-матриц можно производить экраны большого размера с высокой контрастностью и качеством цветопередачи, с широкими углами обзора и малым временем отклика. Уже в этом году альянс корпораций Hewlett-Packard (www.hp.com) и DisplayTech (www.dispalytech.com) объявил о создании полноцветного микродисплея на базе технологии FLCD. Разрешение матрицы составляет 320х240 точек. Отличительными особенностями устройства являются малое энергопотребление и возможность воспроизведения полноцветного “живого” видео. Новый дисплей предназначен для использования в цифровых камерах, камкодерах, портативных коммуникаторах и мониторах для надеваемых компьютеров.

Развитием низкотемпературной технологии с использованием поликристаллического кремния LTPS занимается Toshiba (www.toshiba.com). По словам представителей этой корпорации, они позиционируют новые устройства пока только как предназначенные для рынка мобильных устройств, не включая сюда ноутбуки, где господствует технология a-Si TFT. Уже выпускаются VGA-дисплеи размером 4 дюйма, а на подходе 5,8-дюймовые матрицы. Специалисты полагают, что 2 млн. пикселов на экране - это далеко не предел. Одной из отличительных черт данной технологии является высокая разрешающая способность.

Хотелось бы отметить, что два крупнейших японских производителя LCD-матриц - Toshiba и Sharp - большие надежды возлагают на развитие рынка потребительской электроники, где будут широко использоваться различные дисплеи. Так, новый завод Sharp ориентирован на выпуск матриц не для ПК, в вот производство панелей для ноутбуков корпорация переводит на Тайвань, создав для этой цели совместное предприятие с компанией Quanta.

Таблица 2. Распределение северо- американского рынка LCD-мониторов, %

Toshiba также не снабжает своих OEM-партнеров панелями, выполненными по LTPS-технологии, однако есть исключения. Например, в ноутбуках VAIO корпорации Sony используются матрицы с очень высокой разрешающей способностью - 130 точек на дюйм.

Для того чтобы снизить цену производства матриц, корпорация Sharp на своем новом предприятии, в которое уже вложено 500 млн. долл., внедряет так называемый метод усовершенствованной виртуальной фабрики AVF (Advanced Virtual Factory). Около 30 инженеров трудятся над ним уже в течение нескольких месяцев. По словам исполнительного директора Sharp LCD, данный метод позволит тщательно смоделировать производственный процесс. Ожидается, что фабрика будет ежемесячно выпускать 30 тыс. полупроводниковых подложек размером 680х880 мм. Напомним, что для производства 20-дюймовых панелей нужны подложки размером 650х800 мм. Sharp предполагает выпускать матрицы с диагональю от 15 до 26 дюймов. А на новой производственной линии Toshiba может производиться до 10 тыс. подложек (размерами 400х500 мм) в месяц.

Близится эра микродисплеев

На симпозиуме Общества по информационным дисплеям SID (Society for Information Display), который состоялся в июне в Калифорнии, прозвучала фраза о том, что именно в 1999 г. начинается эра микродисплеев. Вполне возможно, что к концу года микродисплеи появятся в ряде потребительских товаров, а доходы от их продаж существенно увеличатся. По известным прогнозам, рынок микродисплеев сегодня оценивается в 300 млн. долл. К 2005 г. он возрастет до 1 млрд. долл.

Одной из разновидностей микродисплеев являются так называемые LCOS-устройства (Liquid Crystal on Silicon). Иными словами, LCD-экран в данном случае выполнен вместе с периферийными микросхемами на одной подложке в едином технологическом цикле. Такое решение весьма эффективно на базе низкотемпературной технологии с использованием поликристаллического кремния LTPS. Кстати, своим названием микродисплей обязан, видимо, фирме MicroDisplay, которая первой в промышленности создала LCD-монитор с низким энергопотреблением и интегрированными сдвиговыми регистрами и приемопередатчиками, использовав для этого обычную КМОП-технологию.

Продажи LCOS-устройств ежегодно растут примерно на 9 млн. долл. К 2003 г. их объем должен составить 175 млн. долл. Это дисплеи для камкодеров, цифровых камер, шлемов виртуальной реальности, надеваемых компьютеров, телевизионных проекторов и т. д.

В этом году ассоциация VESA пополнилась еще одним комитетом - Microdisplay Committee, который будет представлять интересы более 70 компаний и займется разработкой стандартов и спецификаций, касающихся микродисплеев: интерфейса, средств измерений и т.п. Кстати, по определению VESA к микродисплеям относятся устройства, имеющие диагональ экрана менее 50 мм, и предназначенные для портативных компьютеров либо, при наличии дополнительной оптической системы, для другого оборудования, в том числе проекционного. Таким образом, технология получения первичного изображения для микродисплея не так и важна. Например, в нем может быть использована EL-, FED- или даже DLP-технология (Digital Light Processing).

До недавнего времени на рынке микродисплеев работали такие компании, как Three-Five Systems, Kopin, DisplayTech, Siliscape, Reflection Technology, MicroDisplay и Planar Systems. Сейчас наступило время альянсов: Motorola и Fujifilm Microdevices сотрудничают с Kofin; Hewlett-Packard - с DisplayTech; Planar Systems - с InFocus; Hitachi - с Texas Instruments и т. д. В борьбу вступили крупнейшие компании, а это значит, что рынок микродисплеев действительно растет.