#1/2006 • Ж.З.И.

Константин БЫСТРУШКИН, Лариса СТЕПАНЕНКО

ЭВОЛЮЦИЯ №9

ФИЛОСОФИЮ НЕ ЗРЯ НАЗЫВАЮТ НАУКОЙ НАУК. СЕГОДНЯШНЕЕ СОСТОЯНИЕ РЫНКА AV-АППАРАТУРЫ СЛУЖИТ ПРЕКРАСНОЙ ИЛЛЮСТРАЦИЕЙ ФУНДАМЕНТАЛЬНОГО ПРИНЦИПА: ЛЮБОЙ ПРОЦЕСС РАЗВИВАЕТСЯ ПО СПИРАЛИ, И КАЧЕСТВЕННЫЙ СКАЧОК НА НОВЫЙ УРОВЕНЬ РАЗВИТИЯ ПРОИСХОДИТ ТОГДА, КОГДА КОЛИЧЕСТВО ЭВОЛЮЦИОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПРЕВЫСИТ НЕКУЮ НЕОБХОДИМУЮ ДЛЯ ЭТОГО КРИТИЧЕСКУЮ МАССУ.

После триумфального рывка середины 90-х годов прошлого века и первых лет нынешнего, подаривших нам DVD, домашние театры, PDP и LCD-панели, сжатую музыку из Сети и цифровое телевидение, развитие технологий явно замедлилось. По большому счету, за последние три года принципиальных новинок на рынке так и не появилось, за исключением разве что плоских панелей HD-Ready. А ведь какие надежды возлагались на сетевые технологии Wi-Fi и Bluetooth, форматы Blu-ray Disc, DVD-HD, SA-CD и DVD-A! Но вопреки всеобщим оптимистичным ожиданиям, почти ничего из этого так и не востребовано рынком. По крайней мере, пока.

Сказанное, однако, вовсе не означает, что прогресс топчется на месте. Как раз наоборот: сегодня, в условиях открытости глобального рынка, конкуренция обострилась как никогда. Компании вынуждены вкладывать в исследования все больше и больше средств. К примеру, Samsung Electronics только на НИОКР потратит в этом году свыше $5 млрд., т.е. сумму, равную всей прибыли фирмы за 2002 год(!). Кроме того, немало инвестиций требует технологическое перевооружение и строительство новых заводов.

Важно отметить, что наряду с ростом объемов выпуска плоских дисплеев каждый год меняются их поколения. При этом каждое новое отличается от предыдущего не только размерами, но и заметно улучшенным качеством изображения. В прошлом номере мы рассказали о плазме седьмого поколения, которая должна появиться на рынке уже в первой половине этого года, а сегодня поговорим о новинках конкурирующей ЖК-технологии. Это актуально, ведь согласно прогнозам уже в нынешнем году в Европе и Японии LCD-телевизоров будет продано больше, чем кинескопных и плазменных, вместе взятых.

СТЕКЛО ВСЕМУ ГОЛОВА

Стремительное развитие LCD связано, прежде всего, с увеличением их размеров. Считается, что первое поколение ЖК-дисплеев появилось в 1989-м (хотя миниатюрные черно-белые телевизоры выпускались в Японии еще в конце 70-х), второе - 3 года спустя и отличалось на 40% большей площадью экрана. И началось! Только за период с 2000 по 2005 г. сменились поколения с четвертого до седьмого, при этом площадь стеклянной подложки увеличилась на 700%!

Дальше - еще быстрее. Хотя первые линии LCD восьмого поколения (Sharp) будут запущены только в начале этого года, специалисты уже вовсю обсуждают спецификации девятого. А ведь каждый такой переход требует многомиллиардных инвестиций. Чем же вызвана эта поистине безумная гонка, и ради чего производители идут на такие расходы?

Серьезных причин всего две. Одна из них лежит на поверхности (и в прямом смысле) - явно обозначившаяся тенденция к увеличению диагонали. Действительно, появление DVD, цифрового ТВ, и особенно HDTV, настоятельно требуют все более высококачественных средств отображения. Да уже и сейчас широко распространенные удвоители строк позволяют избавиться от растровой структуры на очень больших экранах, так что спрос на последние постоянно растет.

С каждым новым поколением групповая заготовка становится все больше, а 1 дюйм диагонали - дешевле

Вторая причина косвенно связана с первой. Чтобы в условиях постоянного падения цен на ЖК-телевизоры сохранить хотя бы минимальную рентабельность, производители, естественно, вынуждены минимизировать себестоимость. А одним из самых эффективных путей ее снижения является... увеличение размера стеклянной подложки. Разумеется, дешевеет не сама панель, а 1 дюйм ее диагонали, и как минимум на 30% при каждой смене поколений.

А рождается панель так: сначала изготавливают т.н. групповой лист с размерами, определяемыми данной технологией, а затем он режется на части с нужной диагональю.

Понятно, чем больше исходная заготовка, тем выше расходы - на «чистые» камеры для фотолитографии, нанесения люминофора и пайки драйверов на стеклянную подложку. Современные стандарты на LCD допускают не более 4 - 8 «мертвых» пикселей из 2 млн. (а в панелях HD их может быть до 6 млн.), а ведь еще недавно приемлемым считался уровень 0,5 - 1% брака от общего числа ячеек. То есть на гигантской LCD-заготовке седьмого поколения не должно быть больше полусотни «битых пикселей»!

Столь суровые требования вынуждают производителей не только постоянно совершенствовать сам процесс, но и использовать комплектующие и материалы предельно высокого качества. И в первую очередь стеклянных листов для фронтальной и тыловой сторон панели. Именно от свойств стекла в конечном итоге зависят такие важные ее характеристики, как яркость, максимальное разрешение и угол наблюдения.

Процентное соотношение составляющих в общей стоимости LCD

1 Подсветка - 44%

2 Поляризационный слой - 16%

3 Стеклянная подложка - 10%

4 Цветной фильтр - 8%

5 МС драйверов - 8%

6 ЖК - 3%

7 Другие - 11%

Для ЖК, прежде всего, важна чистота поверхности и допуски на геометрические размеры. Кроме того, стекло должно иметь малый коэффициент теплового расширения, низкое рассеивание проходящего светового потока и инертность к воздействию химических веществ. Последние используются для нанесения пленочных покрытий, формирования TFT-матрицы, светофильтров и т.д. Более того, стекло для LCD не должно выделять каких-либо веществ, вредных для молекул жидких кристаллов в процессе многолетней эксплуатации. Ну а по мере роста диагонали все большее значение приобретают параметры механической прочности, поскольку увеличение толщины листа приводит к недопустимому росту массы дисплея.

Широко применяемый в производстве оконных стекол прокат листа между стальными валиками требуемого качества не обеспечивает. Для подложек седьмого поколения компания Display Corning Inc. разработала метод непрерывного вытягивания стеклянного листа из расплава «Eagle 2000 glass». Процесс идет в свободном пространстве, а вытягивание стекла из ванны происходит за счет сил поверхностного натяжения. При этом поверхность ни с чем не контактирует и не подвергается механическому воздействию. Благодаря оптимальному режиму охлаждения в стеклянном листе отсутствуют дефекты и внутренние напряжения, а внутренняя структура получается однородной.

Описанный метод сделал возможным изготовление уникальных по физическим свойствам стеклянных подложек, которые уже стали стандартом де-факто для всей ЖК-индустрии. Их массовое производство ускорило появление LCD седьмого и восьмого поколений.

ДА БУДЕТ СВЕТ!

Однако получение качественного стекла - не единственная трудность при создании современных ЖК-панелей. Тем более что в себестоимости на его долю приходится всего 10%. А вот лампа подсветки видеомодуля съедает чуть ли не половину всего отпущенного разработчикам бюджета!

Роль подсветки резко возрастает по мере увеличения диагонали экрана. До недавних пор для этого использовались исключительно плоские флуоресцентные лампы с холодным катодом CCFL, однако подсветить экран более 40 дюймов одной лампой невозможно. Поэтому в больших панелях, как правило, устанавливается две и более ламп. Это, в свою очередь, порождает множество новых проблем и, в частности, обеспечение одинаковой яркости и цветопередачи по всей поверхности панели. Кроме того, лампы CCFL недешевы и сильно сказываются на стоимости готового изделия.

В прошлом году Sharp разработала уникальную лампу CCFL с расширенным спектром в области красного цвета. Напомним, что традиционная подсветка проектируется так, чтобы ее спектр имел три максимума на первичных цветах. При этом улучшается цветопередача и растет яркость - за счет уменьшения потерь в светофильтрах видеомодуля. В новой лампе Sharp дополнительный спектр занимает участок от 600 до 700 нм, благодаря чему новая модель Aquos LC-65GD1E поражает естественностью передачи всех оттенков красного цвета (см. репортаж с «IFA-2005» в ноябрьском номере журнала).

Однако наиболее перспективными источниками света считаются сверхплоские светодиодные (LED) матрицы, способные создавать световой поток чудовищной интенсивности. Пока они тоже очень дороги, но будущее, похоже, за ними - LED-подсветка позволяет увеличить ресурс панели и достичь рекордных значений яркости. Первый такой телевизор демонстрировался LG на выставке «CEBIT-2005».

Среди других интересных новинок прошлого года в этой области отметим плоскую флуоресцентную лампу FFL (Samsung Corning Corp.Ltd.), гибридный источник света CCFL + LED (LG.Philips LCD Corp.Ltd.) и флуоресцентную лампу с горячим катодом HCFL (Philips).

C началом серийного производства LCD-дисплеев HD-Ready важнейшей задачей стало расширение спектра светового потока, поскольку цветовой треугольник в HDTV шире, чем в обычном ТВ (т.н. NTSC color triangle). И здесь тоже появились первые реальные достижения. Например, новые 46-дюймовые панели Samsung отображают более 105% эталонного треугольника NTSC, а последняя модель Full HD LCD размером 47 дюймов, созданная специалистами LG.Philips, и вовсе 110%. Помимо замечательных цветовых характеристик эта панель обладает еще одним интересным свойством. Интеллектуальная система AFLC (Area-Focused Luminance Control) непрерывно анализирует видеосигнал, и если в изображении преобладают темные или, наоборот, светлые участки, корректирует яркость подсветки. При этом улучшается проработка полутонов и меньше утомляются глаза. Согласитесь, подсветка с микропроцессором - это серьезно.

ВО ВСЕ СТОРОНЫ РАВНЫ

Одним из главных недостатков LCD в течение многих лет был сравнительно узкий угол обзора - 130 градусов по горизонтали и примерно 125 по вертикали. С этим долго ничего не могли поделать, поскольку состояние кристаллов менялось методом twisted-nematic mode (TN). Под воздействием управляющего напряжения длинные молекулы вещества закручивались в спираль, меняя при этом поляризацию ячейки. Проблема была в том, что оптические характеристики еще сильно зависели и от угла, под которым падал световой луч, и нормальное изображение на таком дисплее можно было наблюдать, лишь сидя по центру экрана. Из-за этого LCD заметно проигрывали панелям других типов, например, той же плазме.

Проблема была решена с переходом на новые методы управления кристаллами IPS (In-Plane Switching) и VA (Vertical Alignment). В IPS молекулы всегда ориентированы вдоль поверхности стеклянной подложки, а при подаче управляющего напряжения начинают вращаться, меняя поляризацию проходящего через них светового потока. Анизотропия при этом настолько мала, что угол комфортного наблюдения может достигать 170 градусов. Метод применяется в панелях пятого и шестого поколения, и именно с этого витка эволюции LCD по углу обзора стали вполне сравнимы с PDP.

Более эффективный метод VA использует два состояния жидких кристаллов. В режиме запирания ячейки (темный экран) молекулы располагаются вертикально, а при подаче управляющего напряжения они ориентируются в горизонтальной плоскости и начинают пропускать свет (100-процентная яркость). Промежуточные значения получаются за счет одновременной ориентации в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Здесь удалось достигнуть поистине рекордных углов обзора - до 178 градусов.

46-дюймовый телевизор Samsung LT46G1, поддерживающий разрешение 1080p, построен на ЖК-матрице 6-го поколения.

Еще больше снизить направленность излучения позволяют тонкопленочные покрытия экрана. Их оптические характеристики частично компенсируют анизотропию ЖК-ячеек. Считается, что новые методы управления кристаллами в сочетании с пленкой полностью решают «угловую» проблему LCD.

Отказ от спиральных молекул позволил радикально улучшить еще один важнейший параметр - время переключения ячеек. В моделях первого и второго поколения оно составляло около 50 мс, а сегодня нормой считается отклик в течение 8 - 16 мс. А в ряде серийных ЖК-мониторов и телевизоров уже достигнуты значения менее 4 мс! На таком экране самые динамичные сцены воспроизведутся идеально: не будет даже намека на шлейфы и «тянучки».

Не углубляясь в технологические тонкости, отметим, что при каждой смене поколения LCD совершенствуются все звенья производственного процесса.

SHARP: ЕЩЕ ОДНА ТОЧКА ЗРЕНИЯ

Одной из самых интересных технологических новаций прошлого года в области жидких кристаллов стала «двусторонняя» панель Sharp (two-way viewing-angle LCD). Первая версия была продемонстрирована в прошлом году на IFA, а более усовершенствованная - на СЕАТЕК в Токио.

На совершенно обычном с виду дисплее показывается яркое цветное изображение, но стоит немного отойти в сторону, и на экране появляется совершенно другой сюжет! Более того, чтобы увидеть вторую картинку, не обязательно менять угол просмотра, ее можно вызвать простым нажатием кнопки на пульте ДУ!

На основании личных наблюдений должны признать, что демонстрация этого «двуликого Януса» действительно впечатляет. А ведь положенный в основу этой технологии физический принцип давно и всем знаком. Помните стереоскопические открытки с подмигивающими девушками, привозимые из загранкомандировок лет 30 назад в огромных количествах? Секрет «анимации» был предельно прост. На бумажную основу последовательно печатались два вложенных друг в друга растровых изображения, а поверх них наклеивался прозрачный пластик со множеством вертикальных канавок. Из-за преломления света на их стенках одну из фотографий можно было видеть лишь под определенным углом, а другую - держа открытку прямо перед собой.

На экран Sharp точно так же наносится параллаксный барьер в виде прозрачной пластины с микрорастровой поверхностью. Для изменения ее оптических свойств используется дополнительный слой жидких кристаллов, которые в зависимости от величины и полярности управляющего сигнала отражают проходящий свет либо влево, либо вправо. Соответственно, изображение на экране видят зрители, стоящие сбоку от него. При нулевом потенциале свет беспрепятственно проходит через этот барьер, и появляется совсем другая картинка. Управляются жидкие кристаллы проще простого - с помощью прозрачных тонкопленочных транзисторов TFT, технология нанесения которых на стекло сегодня прекрасно отработана.

Как видим, все предельно просто, по крайней мере, на словах. Ну а какое практическое применение своего изобретения видят сами его создатели?

Во-первых, прогнозируется большой спрос на такие «двойки» для проведения различных презентаций, когда нужен индивидуальный видеоряд для разных групп аудитории. Не меньший успех должен ожидать новинку и в рекламном деле. Наверняка найдутся применения для «двойственного» LCD и в учебном процессе: в отличие от ученика, преподаватель может видеть на экране и само задание, и ответы ученика, и правильное решение. Появляется также возможность передавать на экран во время презентаций на конференциях и семинарах скрытые от аудитории субтитры и подсказки докладчику.

В домашних условиях подобные дисплеи могут оказаться полезными для всевозможных режимов «картинка в картинке» для нескольких зрителей, при этом программы будут выводиться независимо друг от друга. Представляете, муж смотрит футбол, а жена в соседнем кресле - любимый сериал. Для этого им потребуется лишь дополнительная пара наушников. Наконец, с помощью «двойного» телевизора Sharp родителям легче контролировать содержание программ, которые смотрят дети.

Осталось лишь дождаться, когда такие телевизоры появятся в продаже.

Сейчас мы видим кадр из фильма, но если подойти к дисплею Sharp с другой стороны, на экране появится телетекст

НАВСТРЕЧУ НОВОМУ ПОКОЛЕНИЮ

Как видим, сторонники жидких кристаллов не сидят сложа руки и готовы дать достойный ответ плазме седьмого поколения. Та же Sharp в ближайшие месяцы выйдет на рынок с восьмым поколением LCD, а когда готовился этот номер, объявила о разработке «мегаконтрастного ЖК-дисплея с использованием технологии Advanced Super View Premium, предоставляющей беспрецедентный коэффициент контрастности 1000000:1» (подробнее см. рубрику «Brand News»).

Серьезно заявляют о себе и корейские производители, которые еще на «IFA-2005» демонстрировали телевизоры HD-Ready с размерами экрана 71 (LG) и 82 (Samsung) дюймa.

Кстати, Samsung является одним из немногих мировых брэндов, официально объявивших о своей готовности выйти в обозримом будущем на рынок уже с девятым поколением LCD. Об этом на последнем заседании Международного дисплейного общества SID (Society for Information Display) рассказал один из ее высших руководителей - г-н Санг Ван Ли (Sang Wan Lee). Цитируем: «В апреле 2005 года мы с фирмой Sony образовали совместное предприятие S-LCD Corp. и начали серийное производство ЖК-панелей седьмого поколения из стеклянных листов размером 1,87 х 2,2 м. Сейчас мы заканчиваем подготовку к производству панелей восьмого поколения. В этой технологии будут использоваться групповые стеклянные пластины размером 2,16 х 2,46 м, что будет соответствовать прогнозируемому уровню большинства конкурентов. Но уже в следующем, девятом поколении размер заготовки будет увеличен до 2,4 х 2,8 м». Вы только представьте, сколько экранов можно будет нарезать из такой пластины, полученной всего за один технологический цикл!

Угнаться за Samsung будет трудно. Столь высокий уровень производства по плечу далеко не каждой компании, ведь переоборудование линий потребует просто фантастических инвестиций. Зато после ввода в строй заводов девятого поколения LCD-телевизоры, изготовленные по сегодняшним технологиям, не смогут на равных конкурировать с новинками. Поэтому нет сомнения, что появление девятого поколения «кристаллов» спровоцирует очередной эволюционный виток развития, причем не только LCD, но и плазмы. А возможно, и SED, если они все-таки появятся на рынке.

По крайней мере, один из наиболее эффективных способов уменьшить стоимость ЖК-панелей уже опробован. Как мы уже говорили, это переход на больший размер группового стеклянного листа. А есть ли другие?

Г-н Ли из Samsung ответил и на этот вопрос: «Известно, что около 75% стоимости LCD составляют материалы. В свою очередь, 80% из них приходится всего на четыре компонента: светофильтры первичных цветов, стекло, поляроиды и лампу подсветки. В течение нескольких лет мы планируем уменьшить их себестоимость втрое(!), в результате чего взорвем рынок плоских панелей». Судя по тому, как быстро падает цена на LCD-телевизоры и мониторы, это вполне реально.

***

Так что же в конце концов займет лидирующие позиции на рынке плоских панелей, PDP или LCD?

У плазмы сегодня очень неплохие шансы: прототипы PDP седьмого поколения, которые мы своими глазами видели на «СЕАТЕС-2005» (см. прошлый номер журнала) произвели очень сильное впечатление.

С другой стороны, показанные на этой же выставке серийные LCD седьмого и опытные образцы восьмого поколения отнюдь не уступают по качеству картинки. А ведь в конце 2006 - начале 2007 г. на рынке ожидается появление уже следующего, еще более совершенного, девятого поколения жидких кристаллов.

И конца-края этой гонке не видно, ведь производители плазмы уже готовят свой ответ. Вполне возможно, что обе технологии уживутся и чаша весов будет периодически склоняться то в одну, то в другую сторону. Но одно можно сказать определенно: мы с вами уж точно окажемся в выигрыше. Постоянное падение цен с одновременном ростом качества - в какой еще отрасли возможно подобное? l

Дополнительный максимум в спектре подсветки кардинально улучшил передачу красного цвета (телевизоры Sharp Aquos на «IFA-2005»)

В линейка LCD-панелей LG со светодиодной подсветкой есть модели 47 и 55 дюймов