#2/2006 • Ж.З.И.

Константин БЫСТРУШКИН, Лариса СТЕПАНЕНКО

БУДУЩЕЕ НА ЛАДОНИ

В ПОСЛЕДНЕЕ ВРЕМЯ ВЫБИРАТЬ ТЕМЫ ДЛЯ РУБРИКИ СТАЛО НАМНОГО ЛЕГЧЕ: БУКВАЛЬНО КАЖДЫЙ ДЕНЬ ПОЯВЛЯЮТСЯ СООБЩЕНИЯ О НОВЫХ ДОСТИЖЕНИЯХ МИРОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ, ВОСХИЩАЮЩИЕ СМЕЛОСТЬЮ ИНЖЕНЕРНОЙ МЫСЛИ. ПРИ ЭТОМ ПРОГРЕСС ТАК СТРЕМИТЕЛЕН, ЧТО К МОМЕНТУ ВЫХОДА ОЧЕРЕДНОЙ СТАТЬИ, НАПРИМЕР, ПРО ТЕ ЖЕ PDP ИЛИ LCD-ДИСПЛЕИ, СОБРАННАЯ ПО КРОХАМ ИНФОРМАЦИЯ МОЖЕТ ОКАЗАТЬСЯ УЖЕ УСТАРЕВШЕЙ. ЧТОБЫ КАК-ТО ОБОЙТИ ЭТО ПРОТИВОРЕЧИЕ, МЫ РЕШИЛИ ПОСВЯТИТЬ НЫНЕШНИЙ ВЫПУСК «ЖЗИ» НЕ ОДНОЙ ТЕМЕ, А СДЕЛАТЬ ДАЙДЖЕСТ САМЫХ СВЕЖИХ НОВИНОК ИЗ РАЗНЫХ ОБЛАСТЕЙ ТЕХНИКИ.

ТОЧНАЯ МЕХАНИКА И МАГНЕТИЗМ

Еще пару лет назад емкость DVD-5 в 4,7 Гб казалась более чем достаточной для бытового применения, т.е. записи около 150 мин качественного видео и звука. Изредка, когда нужно было положить на диск чересчур длинный фильм или развесистые допматериалы, использовались двухслойные или двусторонние DVD-9/DVD-10. В крайнем случае программа выпускалась на двух или трех дисках. Однако по мере развития домашней видеозаписи требования к емкости носителей стали быстро возрастать. Одной из причин можно считать все более широкое распространение рекордеров в качестве информационного банка для хранения не только видео и музыки, но и цифровых фотографий. Последнее обстоятельство действительно сыграло большую роль, поскольку объем таких файлов постоянно растет вместе с разрешением матриц в цифровых фотокамерах.

Неудивительно, что спрос на DVD-проигрыватели стал падать - их начали вытеснять с рынка рекордеры, причем весьма впечатляющими темпами. Благо, чистые DVD-болванки стоят уже дешевле $1! Одна беда - емкость DVD все же ограничена, а аппараты Blu-ray и HD-DVD, вопреки ожиданиям, пока не поступили в широкую продажу. Поэтому сегодня на роль домашнего сервера лучше всего подходят рекордеры с жестким диском. Росту их популярности в немалой степени способствовало падение цен на компьютерные винчестеры, благодаря чему ими стали оснащать и бюджетные модели (см. тест таких аппаратов в январском номере). И если еще пару лет назад рекордер с HDD емкостью 40 Гб и, тем более, 80 Гб считался очень крутым, то сегодня даже 160-гигабайтные относятся к начальному уровню. А современные топовые модели оснащаются накопителями емкостью от 240 до 400 Гб, и это оправдано - на основе личного опыта утверждаем, что забить под завязку 160 Гб записанными с эфира телепрограммами можно всего за несколько месяцев.

На этом фоне Blu-ray и HD-DVD с их 25 Гб (50 Гб в двухслойном варианте) уже сегодня выглядят довольно бледно, не говоря уже о дне завтрашнем. А к моменту их появления на рынке требования к емкости носителей еще больше возрастут из-за перехода на HDTV-вещание. Так что новые форматы, не успев выйти в свет, уже устарели. Что же предложат вместо них?

В декабрьском репортаже с «СЕАТЕС-2005» мы рассказали о работах инженеров Pioneer по созданию EBR (Electron Beam Recorder), т.е. дисков емкостью до 500 Гб, которые записываются в вакууме электронным лучом. Однако это лишь один из возможных путей реализации сверхвысокой плотности записи. На Philips, например, не стали изобретать столь экзотические методы, а решили усовершенствовать Blu-ray Disc. И немало в этом преуспели, сумев без изменения длины волны лазера (405 нм) в десять раз увеличить объем диска - с 25 до 250 Гб. В основу предложенного метода «near-field approach» заложена принципиально иная конструкция лазерной линзы, т.н. SIL (Solid Immersion Lens) с увеличенной апертурой. В результате уменьшился диаметр лазерного пятна, а следовательно, и размеры питов. Однако за повышение плотности записи пришлось заплатить сужением зазора между линзой и поверхностью диска всего до 40 нм. Что, конечно же, предъявляет более жесткие требования к сервоприводу оптической головки и точности изготовления самого диска. Кроме того, даже ненароком прилипшая к нему песчинка может «запороть» линзу, поэтому при разработке нового носителя на Philips большое внимание уделили грязезащитным покрытиям, обеспечивающим надежную работу привода. Зато у «near-field approach» есть неоспоримое достоинство - возможность использования после небольшой доработки узлов серийно выпускаемой DVD-аппаратуры, что существенно удешевит переход на новые технологии.

О большом интересе специалистов к этой разработке и ее высокой оценке свидетельствует то, что по итогам международного симпозиума ISOM/OSD (International Symposium on Optical Memory and Optical Data Storage), прошедшем на Гавайях в прошлом году, доклад Philips о технологии SIL был включен в престижный сборник «Best Paper Awards».

Надписи слева сделаны на ферромагнитной пленке методом FMD. Справа для масштаба - поверхность DVD с питами

А теперь еще об одной интересной разработке в области хранения информации. Речь пока идет не о готовом устройстве, а о принципиально новой технологии FPM (Ferroelectric Probe Memory), предложенной специалистами Pioneer. Ее идея проста, как все гениальное: под воздействием точечного электрического разряда (пробоя) происходит локальное изменение вектора намагниченности ферромагнитных кристаллов, имеющих вид микроскопических иголочек. Благодаря специальной технологии нанесения ферромагнитного покрытия на подложку записывающий слой на поверхности диска FPM в виде тонкой пленки как бы состоит из леса таких иголочек, имеющих два устойчивых состояния намагниченности. Условно говоря, это «1» и «0». Диаметр кристаллов всего 10 нм, что дает плотность записи до 1,5 терабайт на квадратный дюйм. Чтобы оценить перспективность идеи, достаточно посчитать, что на диск FPM стандартного 12-сантиметрового диаметра поместится до 1000 часов перезаписываемого видеоматериала с качеством DVD. По сравнению с таким супердиском достижения отечественных видеопиратов, ухитряющихся запихнуть на стандартный DVD всего 8 - 10 фильмов, кажутся просто детскими забавами. Кстати, действующий макетный образец такого FPM-диска был изготовлен японцами еще в 2002 году.

Но чем же записывать и считывать информацию с такого носителя? Согласитесь, трудно представить себе магнитную головку с зазором в 10 нм. Проводящий же канал плазмы, образующейся при электрическом разряде, вполне реально ужать в тонкий шнур, если в качестве электрода использовать игольчатый щуп с радиусом острия 25 нм. Он перемещается над поверхностью диска на расстоянии 125 нм, поэтому при подведении к нему напряжения всего в 5 В между острием и вершинами «иголок» создается напряженность поля в 1,7 кВ/мм. Этого более чем достаточно для электрического пробоя, и возникающий при нем ток меняет полярность микроскопического магнита. Так и происходит запись 1 бита информации. Для считывания данных используется все тот же щуп, который в режиме воспроизведения регистрирует полярность «иголок». Как видим, научная мысль пионеровских инженеров не знает предела, хотя некоторая приверженность к «электронно-лучевым» способам записи прослеживается.

ПРОЗРАЧНЫЙ ПАКЕТ

Рассказывая о перспективных технологиях записи информации, нельзя не упомянуть о многослойных флуоресцентных дисках FMD (Fluorescent Multilayer Disc), предложенных компанией Constellation 3D еще в конце прошлого века. Вы спросите: какая же это новинка? Ну, во-первых, новое - это хорошо забытое старое. А во-вторых, принцип FMD настолько интересен и привлекателен, что остается лишь удивляться, почему он до сих пор остался невостребованным. Но очень может быть, что флуоресцентные диски еще «выстрелят» и мы с вами получим простой и недорогой носитель цифровых данных огромной емкости.

Оптическая запись в ближнем поле (Near Field Optical Recording) основана на точной фокусировке светового пятна. При этом зазор между головкой и поверхностью диска составляет 40 нм, т.е. сравним с длиной световой волны

Технология FMD основана на явлении фотохромизма, открытом, кстати, российскими химиками. Его суть заключается в том, что некоторые органические вещества под воздействием мощного лазерного луча способны переходить в особое фазовое состояние - т.н. «стабильный фотохром», после чего начинают излучать свет при облучении лазерным лучом. И вот что интересно: свечение это возникает лишь при строго определенной длине волны лазера, а излучаемый свет имеет большую длину волны. Поэтому при воспроизведении FMD очень легко отфильтровать «полезное» свечение информационного слоя от считывающего луча. К тому же мощность лазера в режиме воспроизведения значительно ниже, чем при записи, что еще больше упрощает задачу.

Поскольку фотохромный материал в нерабочем состоянии практически прозрачен, появляется возможность прессовать диски в пакет и записывать информацию на них отдельно. При этом ничто не мешает организовать параллельное считывание данных сразу с нескольких слоев с общей скоростью потока до 1 Гб/с. Запись на FMD осуществляется аналогично считыванию, но при значительно большей мощности лазерного луча. Для стирания же данных используется другая длина волны, которая приводит к обратимому изменению фазового состояния флуоресцентного вещества, в котором оно перестает светиться. Для восстановления способности излучать свет достаточно воздействия записывающего лазерного луча.

По сравнению с другими типами носителей флуоресцентный диск обладает следующими преимуществами:

- принципиальная возможность изготовления пакетов с 20 и более слоями;

- информационная емкость, сравнимая с Blu-ray Disc и HD-DVD. При записи лазером с длиной волны 532 нм на 12 слоев емкость FMD-пакета диаметром 12 см составит 50 Гб.

При переходе же на Blu-ray (405 нм) она многократно возрастает;

- возможность изготовления FMD на стандартном технологическом оборудовании по производству CD и DVD;

- создание недорогих рекордеров на основе серийных DVD и CD-проигрывателей, в том числе универсальных (например, FMD/DVD рекордеров);

- одновременное считывание нескольких информационных слоев.

Технология, что и говорить, более чем остроумная. Причем отлично работающая, что было наглядно показано на нескольких международных выставках, где живьем демонстрировались вполне работоспособные прототипы FMD-проигрывателей и рекордеров, вызывающих настоящий ажиотаж у посетителей и журналистов. Вот последнее из FMD-достижений: лазерным лучом 405 нм на 10-слойном диске стандартного диаметра 12 см удалось записать 140 Гб информации. Если же увеличить количество слоев до 100 (а теоретически это возможно), то до заветной отметки 1 Тб рукой подать. Привлекательность флуоресцентных дисков еще и в том, что штамповать их можно на оборудовании для обычных CD-R, да и рекордеры получаются не очень сложными.

Неудивительно, что FMD пророчили самое светлое будущее. Известно, например, что еще в 2001 г. между американской компанией Constellation 3D (главным разработчиком флуоресцентной технологии) и российским концерном АФК «Система» велись переговоры о создании совместного предприятия, которое должно было наладить серийное производство приводов FMD-ROM в Зеленограде. Предполагалось, что там будет выпускаться эксклюзивная «русская» версия FMD диаметром 200 мм, а также аппаратура для их записи и воспроизведения. Впрочем, о дальнейшей судьбе этого проекта ничего не известно, да и вообще со временем технологии FMD упоминаются в специализированной прессе все реже и реже. Можно лишь предположить, почему это происходит - похоже, крупные корпорации, вложившие миллиарды в DVD, Blu-ray Disc и HD-DVD, потихоньку душат опасного конкурента. Ведь в основе FMD лежат совсем не те патенты, контрольным пакетом которых владеет DVD-форум, и вполне естественно, что большинство входящих в него компаний без восторга встретили появление столь перспективного носителя.

Прототип полноцветного OLED на гибкой полимерной основе. Диагональ таких дисплеев пока невелика, поэтому основная сфера их применения - мобильные телефоны, навигационные системы и car audio.

Впрочем, еще не вечер и для FMD не все потеряно. Если за продвижение формата серьезно возьмутся китайские или корейские гиганты, чтобы захватить рынок накопителей с высокой плотностью записи, возможны любые сюрпризы.

ОРГАНИКА И МАСЛЯНЫЕ ПИКСЕЛИ

Наши постоянные читатели уже знают, что японское правительство активно помогает своим компаниям сохранять конкурентоспособность на мировом рынке, финансируя их исследования и технологические проекты (см. «Салон AV» №12/2005). В частности, с 2002 г. полным ходом идет реализация пятилетней национальной программы «High-Efficiency Organic Device Project», спонсором которой выступило Министерство экономики, торговли и промышленности. Программа состоит из 16 отдельных проектов и предусматривает создание широкой номенклатуры дисплеев самого разного типа. Так, до конца 2006 г. японские фирмы должны разработать целую линейку OLED, от миниатюрных дисплеев с экраном менее 10 дюймов до гигантских 60-дюймовых панелей. Планы, что и говорить, впечатляют, да и команда для их воплощения подобралась сильная: помимо Pioneer и четырех других крупных промышленных компаний к созданию органических дисплеев широко привлекаются японские вузы, в т.ч. Киотский университет.

Pioneer мы упомянули отдельно, поскольку эта компания назначена основным исполнителем OLED-программы и ей принадлежит приоритет в этой области. Еще в далеком 1997-м она показала первый в мире автомобильный ресивер с монохромным органическим дисплеем. На этот раз задача была гораздо сложнее: требовалось создать гибкие цветные экраны с высокой яркостью и разрешением. Кроме того, они должны иметь высокую механическую прочность и обеспечивать широкий угол обзора.

Исследования по их созданию развернулись сразу по нескольким направлениям. Одна группа инженеров билась над технологией изготовления гибкого дисплея на ультратонкой пластиковой подложке. При этом наибольшей трудностью стало обеспечение герметичности упаковки активного вещества OLED для защиты его от атмосферного воздействия. Дело в том, что органические светодиоды на открытом воздухе окисляются и «умирают» буквально на глазах. Стеклянные подложки герметизируются сравнительно просто, а вот над гибким вариантом пришлось основательно потрудиться, поскольку воздух и влага упорно проникали в толщу дисплея через микроскопические трещины и поры в пластике.

Вторая по сложности задача тоже была связана с переходом на гибкую подложку. Для снижения себестоимости в качестве подложки используется недорогая пластиковая пленка с низкой температурной стойкостью. Из-за этого не удавалось традиционным методом нанести на нее активную матрицу для управления свечением пикселей. Выход из положения был найден - транзисторы стали изготавливать по той же органической технологии, что и сами светодиоды.

Ну и наконец последняя по упоминанию, но не последняя по важности задача - разработка специальных драйверных микросхем для оптимального управления OLED.

Сейчас уже можно с уверенностью сказать, что со всеми этим проблемами специалисты успешно справились. По крайней мере, в октябре прошлого года во время посещения исследовательского центра Pioneer в Цуругасиме нам довелось увидеть и даже подержать в руках действующий прототип гибкого 5-дюймового цветного OLED. Больше всего поразили высокая яркость его свечения и очень сочные краски. Судя по всему, теперь дело за освоением их серийного производства.

Принцип работы дисплея E ink весьма прост. Частицы белого и черного порошка под действием внешнего поля перемещаются внутри крошечных капсул-пикселей. Верхний прозрачный слой электродов является экраном. Единственная проблема - флотация частиц требует времени

Не меньшее внимание развитию органических дисплеев уделяют и в Европе. В прошлом году здесь стартовал проект OLLA (Organic LEDs for ICT and Lighting Application), в котором участвуют 24 партнера из восьми европейских стран, в т.ч. такие гиганты, как Philips и Siemens. Объединенными усилиями предполагается создать к 2008 г. сверхъяркую органическую панель белого света размером не менее 15 х 15 см. Их можно будет использовать и как экономичные светильники, и как яркую лампу подсветки для будущих поколений LCD. Даже первые образцы, разрабатываемые в рамках OLLA, будут иметь очень неплохие для «органиков» характеристики: яркость 1000 кд/м2, световая эффективность 50 лм/Вт, срок эксплуатации 10000 часов. А в следующем поколении они станут еще круче: многократно возрастут яркость и экономичность, радикально увеличится ресурс. Такая панель вполне может составить конкуренцию лампам подсветки, изготовленным по LED-технологии.

Определенных успехов добились и разработчики дисплеев, действующих по принципу E ink, т.е. «электронных чернил». Его продвигает американская компания E ink Corporation, основанная в 1997 г. группой студентов. В основе технологии лежит принцип управления частицами красящего вещества (собственно, «чернилами») при помощи электростатических сил притяжения и отталкивания. Для этого предварительно заряженные микроскопические частички белого и черного цветов помещают внутрь крохотных прозрачных капсул с жидкостью. Если такую капсулу закрепить между взаимно перпендикулярными электродами, то, изменяя полярность приложенного к ним напряжения, можно заставить всплывать частицы определенного цвета. Соответственно, глаз будет воспринимать эту капсулу на фоне белой подложки либо как черную точку, либо не видеть ее вовсе. Если же увеличить количество электродов, можно воспроизвести полутона за счет независимого управления цветом в разных частях капсулы.

Для реализации идеи потребовались немалые средства - около $100 млн. Их инвестировали Lucent Technologies, Motorola, Philips, Toppan Printing и ряд других компаний. Это позволило быстро разработать и изготовить несколько типов дисплеев с «электронными чернилами», благо микрокапсулы легко наносятся на самые разные подложки, в т.ч. пластик и бумагу. В последнем случае получается самая настоящая «электронная газета», ведь изображение на бумажном листе формирует имплантируемая в него же крохотная микросхема. Кроме того, дисплеи E Ink в десятки и сотни раз дешевле, чем LCD и OLED, да и энергия для них требуется лишь в момент переключения микрокапсул из одного устойчивого состояния в другое. В принципе, можно сказать, что «чернильные» дисплеи напоминают механические информационные табло, устанавливаемые на вокзалах и аэропортах. В них множество ячеек с поворотной шторкой, управление которой осуществляется электромагнитом.

Простота конструкции, нечувствительность к температуре и магнитным полям, а также высокая экономичность позволяют надеяться, что «электронно-чернильные» дисплеи ожидает великое будущее в сфере информатики, рекламы, образования и т.д. Например, рядом фирм уже рассматривается проект табло с бегущей строкой для электричек и автобусов.

Недостатками дисплеев E Ink является относительно большая инерционность (скорость смены «пикселя» около 0,1 с) и воспроизведение лишь черно-белой картинки. Но в прошлом году стараниями Philips в области «чернильных» дисплеев произошел настоящий прорыв - экспериментально была доказана возможность перехода на цветное изображение. Если в микрокапсулу с жидкостью поместить не порошок, а каплю масляной краски, то в отсутствие напряжения на электродах она растечется по дну, и мы увидим цветовое пятно. При подаче напряжения капля начнет свертываться в шарик, уменьшаясь в размерах пропорционально напряженности внешнего поля. Таким образом, меняя напряжение, можно управлять размерами цветного масляного «пикселя». И что особенно ценно, быстродействие таких дисплеев может достигать 1/80 с, что не в пример выше, чем у обычных «электронных чернил». Тут уж и до «масляного» цветного телевизора рукой подать.

Ну, насчет телевизора мы, возможно, погорячились (над «капельной» технологией еще работать и работать), а вот обучаемый пульт для управления домашней AV-электроникой с большим цветным сенсорным экраном на основе такого дисплея сделать вполне реально. Ведь экономичность - едва ли не главный критерий выбора типа экрана для устройств с автономным питанием.

Как видим, фантазия исследователей способна поразить воображение. Мы рассказали вам лишь о тех разработках, информация о которых просочилась на страницы специализированной прессы. А сколько программ засекречено, не знает никто. Ведь в наши дни производитель не сможет удержаться на рынке, если он не будет проводить исследования в тайне от конкурентов. Но долго держать их в секрете все равно не удастся - срок от рождения идеи до выпуска опытного образца и серийной продукции постоянно сокращается. Не исключено, что уже в ближайшее мы сможем рассказать о том, что сейчас и представить себе невозможно. l