A si tft lcd что за матрица

Вопрос про виды матрицы

Тип ЖК-матрицы
Тип матрицы ЖК-монитора. Матрицы всех современных ЖК-монитров изготавливаются по технологии TFT (Thin Film Transistor). В таких матрицах для управления работой пиксела используются тонкопленочные транзисторы, которые расположены в непосредственной близости от ячеек с жидкими кристаллами. TFT-матрицы, в свою очередь, могут изготавливаться по различным технологиям, которые обладают определенными преимуществами и недостатками.

TFT IPS (In Plane Switching) была разработана совместно компаниями Hitachi и NEC.
Достоинства: широкие углы обзора, идеальный черный цвет, хорошая цветопередача.
Недостатки: большое время отклика, а также высокая цена.
Рекомендации: универсальные мониторы для офисной работы, просмотра видеофильмов, для игр.

TFT MVA (Multidomain Vertical Aligment) была предложена компанией Fujitsu.
Достоинства: широкие углы обзора, отличная цветопередача, идеальный черный цвет, высокая контрастность изображения.
Недостатки: большое время реакции пиксела, высокая цена.
Рекомендации: мониторы для работы с цветом, просмотра видеофильмов.

TFT PVA (Patterned Vertical Alignment) одна из разновидностей технологии TFT MVA, была разработана компанией Samsung. По сравнению с MVA уменьшено время реакции пиксела.
Достоинства: широкие углы обзора, отличная цветопередача, идеальный черный цвет, высокая контрастность изображения.
Недостатки: высокая цена.
Рекомендации: мониторы для работы с цветом, просмотра видеофильмов.

Источник

Жидкокристаллические дисплеи. История, принципы работы, преимущества и недостатки

Сейчас технологии плоскопанельных и жидкокристаллических мониторов являются наиболее перспективными. Хотя в настоящее время на долю ЖК-мониторов приходится лишь около 10% продаж во всем мире, этот сектор рынка является наиболее быстрорастущим (65% в год).

Принцип работы

Экраны LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества (цианофенил), которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности, оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.

Как ни странно, но жидкие кристаллы старше ЭЛТ почти на десять лет, первое описание этих веществ было сделано еще в 1888 году. Однако долгое время никто не знал, как их применить на практике: есть такие вещества и все, и никому, кроме физиков и химиков, они не были интересны. Итак, жидкокристаллические материалы были открыты еще в 1888 году австрийским ученым Ф. Ренитцером, 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 года, корпорация RCA продемонстрировала прототип LCD — цифровые часы. Значительную роль в развитии LCD-технологии сыграла корпорация Sharp. 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-го 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 году Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе LCD-матрицы разрешением 160х120 пикселов.

Работа ЖКД основана на явлении поляризации светового потока. Известно, что так называемые кристаллы-поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Таким образом поляроид как бы «просеивает» свет. Этот эффект называется поляризацией света. Когда были изучены жидкие вещества, длинные молекулы которых чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, появилась возможность управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за их схожесть с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам, а также за способность принимать форму сосуда, назвали жидкими кристаллами.

Рисунок 1. Конструкция ЖК-дисплея.

Основываясь на этом открытии и в результате дальнейших исследований стало возможным обнаружить связь между повышением электрического напряжения и изменением ориентации молекул кристаллов для обеспечения создания изображения. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в электронных часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение LCD для настольных компьютеров.

Рисунок 2. Плоскость поляризации.

Экран LCD представляет собой массив маленьких сегментов, называемых пикселями, которыми можно манипулировать для отображения информации. LCD имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели, сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка. Слои собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой (см. рис. 1). На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Продольные бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках. Молекулы одной из разновидностей жидких кристаллов (нематиков) при отсутствии напряжения поворачивают вектор электрического (и магнитного) поля в световой волне на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение бороздок на поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковый угол поворота плоскости поляризации для всех ячеек. Две панели расположены очень близко друг к другу.

Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение света). Как видно на рисунке 2, плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении одной панели. При появлении электрического поля, молекулы жидких кристаллов частично выстраиваются вертикально вдоль поля, угол поворота плоскости поляризации света становится отличным от 90 градусов и свет беспрепятственно проходит через жидкие кристаллы (см. рис. 3).

Рисунок 3. Плоскость поляризации.

Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому возникла необходимость добавить к стеклянным панелям еще два других слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры пропускают только ту компоненту светового пучка, у которой ось поляризации соответствует заданному. Поэтому при прохождении поляризатора пучок света будет ослаблен в зависимости от угла между его плоскостью поляризации и осью поляризатора. При отсутствии напряжения ячейка прозрачна, так как первый поляризатор пропускает только свет с соответствующим вектором поляризации. Благодаря жидким кристаллам вектор поляризации света поворачивается, и к моменту прохождения пучка ко второму поляризатору он уже повернут так, что проходит через второй поляризатор без проблем (см. рис. 4а).

Рисунок 4. Поляризация светового луча.

Первые LCD были очень маленькими, около 8 дюймов по диагонали, в то время как сегодня они достигли 15-дюймовых размеров для использования в ноутбуках, а для настольных компьютеров производятся LCD с диагональю 20-дюймов и более. Вслед за увеличением размеров следует увеличение разрешения, следствием чего является появление новых проблем, которые были решены с помощью появившихся специальных технологий, все это мы опишем далее. Одной из первых проблем была необходимость стандарта в определении качества отображения при высоких разрешениях. Первым шагом на пути к цели было увеличение угла поворота плоскости поляризации света в кристаллах с 90° до 270° с помощью STN технологии.

Технологии STN, DSTN, TFT, S-TFT

STN — сокращение от Super Twisted Nematic. Технология STN позволяет увеличить торсионный угол (угол кручения) ориентации кристаллов внутри LCD с 90° до 270°, что обеспечивает лучшую контрастность изображения при увеличении размеров монитора.

Рисунок 5. Конструкция ЖК-матрицы.

Также STN ячейки используются в режиме TSTN (Triple Super Twisted Nematic), когда два тонких слоя полимерной пленки добавляются для улучшения цветопередачи цветных дисплеев или для обеспечения хорошего качества монохромных мониторов.
Термин пассивная матрица (passive matrix) появился в результате разделения монитора на точки, каждая из которых, благодаря электродам, может задавать ориентацию плоскости поляризации луча, независимо от остальных, так что в результате каждый такой элемент может быть подсвечен индивидуально для создания изображения. Матрица называется пассивной, потому что технология создания LCD дисплеев, которая была описана выше, не может обеспечить быструю смену информации на экране. Изображение формируется строка за строкой путем последовательного подвода управляющего напряжения на отдельные ячейки, делающего их прозрачными. Из-за довольно большой электрической емкости ячеек напряжение на них не может изменяться достаточно быстро, поэтому обновление картинки происходит медленно. Такой дисплей имеет много недостатков с точки зрения качества, потому что изображение не отображается плавно и дрожит на экране. Маленькая скорость изменения прозрачности кристаллов не позволяет правильно отображать движущиеся изображения.
Для решения части вышеописанных проблем применяют специальные технологии, Для улучшения качества динамического изображения было предложено увеличить количество управляющих электродов. То есть вся матрица разбивается на несколько независимых подматриц (Dual Scan DSTN — два независимых поля развертки изображения), каждая из которых содержит меньшее количество пикселей, поэтому поочередное управление ими занимает меньше времени. В результате чего можно сократить время инерции ЖК.
Также лучших результатов с точки зрения стабильности, качества, разрешения, гладкости и яркости изображения можно добиться, используя экраны с активной матрицей, которые, впрочем, стоят дороже.
В активной матрице (active matrix) используются отдельные усилительные элементы для каждой ячейки экрана, компенсирующие влияние емкости ячеек и позволяющие значительно уменьшить время изменения их прозрачности. Активная матрица (active matrix) имеет массу преимуществ по сравнению с пассивной матрицей. Например, лучшая яркость и возможность смотреть на экран даже с отклонением до 45° и более (то есть при угле обзора 120–140°) без ущерба качеству изображения, что невозможно в случае с пассивной матрицей, которая позволяет видеть качественное изображение только с фронтальной позиции по отношению к экрану. Заметим, что дорогие модели LCD мониторов с активной матрицей обеспечивают угол обзора в 160° (см рис. 6), и есть все основания предполагать, что технология будет совершенствоваться и в дальнейшем. Активная матрица может отображать движущиеся изображения без видимого дрожания, так как время реакции дисплея с активной матрицей около 50 мс против 300 мс для пассивной матрицы, кроме того, контрастность мониторов с активной матрицей выше, чем у ЭЛТ-мониторов. Следует отметить, что яркость отдельного элемента экрана остается неизменной на всем интервале времени между обновлениями картинки, а не представляет собой короткий импульс света, излучаемый элементом люминофором ЭЛТ-монитора сразу после похождения по этому элементу электронного луча. Именно поэтому для LCD мониторов достаточной является частота вертикальной развертки, равная 60 Гц.

Угол обзора ЖК-мониторов

Рисунок 6. Угол обзора ЖК-мониторов.

Функциональные возможности LCD-мониторов с активной матрицей почти такие же, как у дисплеев с пассивной матрицей. Разница заключается в матрице электродов, которая управляет ячейками жидких кристаллов дисплея. В случае с пассивной матрицей разные электроды получают электрический заряд циклическим методом при построчном обновлении дисплея, а в результате разряда емкостей элементов изображение исчезает, так как кристаллы возвращаются к своей изначальной конфигурации. В случае с активной матрицей к каждому электроду добавлен запоминающий транзистор, который может хранить цифровую информацию (двоичные значения 0 или 1) и в результате изображение сохраняется до тех пор, пока не поступит другой сигнал. Частично проблема отсрочки затухания изображения в пассивных матрицах решается за счет использования большего числа жидкокристаллических слоев для увеличения пассивности и уменьшения перемещений, теперь же, при использовании активных матриц появилась возможность сократить число жидкокристаллических слоев. Запоминающие транзисторы должны производиться из прозрачных материалов, что позволит световому лучу проходить сквозь них, а значит, транзисторы можно располагать на тыльной части дисплея, на стеклянной панели, которая содержит жидкие кристаллы. Для этих целей используются пластиковые пленки, называемые Thin Film Transistor (или просто TFT).
Thin Film Transistor (TFT), то есть тонкопленочный транзистор, это те управляющие элементы, при помощи которых контролируется каждый пиксель на экране. Тонкопленочный транзистор действительно очень тонкий, его толщина 0,1–0,01 мкм.
В первых TFT-дисплеях, появившихся в 1972 году, использовался селенид кадмия, обладающий высокой подвижностью электронов и поддерживающий высокую плотность тока, но со временем был осуществлен переход на аморфный кремний (a-Si), а в матрицах с высоким разрешением используется поликристаллический кремний (p-Si).
Технология создания TFT очень сложна, при этом имеются трудности с достижением приемлемого процента годных изделий из-за того, что число используемых транзисторов очень велико. Заметим, что монитор, который может отображать изображение с разрешением 800х600 пикселей в режиме SVGA и только с тремя цветами имеет 1440000 отдельных транзисторов. Производители устанавливают нормы на предельное количество транзисторов, которые могут быть нерабочими в LCD-панели. Правда, у каждого производителя свое мнение о том, какое количество транзисторов могут не работать.
Пиксель на основе TFT устроен следующим образом: в стеклянной пластине друг за другом интегрировано три цветных фильтра (красный, зеленый и синий). Каждый пиксель представляет собой комбинацию трех цветных ячеек или субпиксельных элементов (см. рис. 7). Это означает, например, что у дисплея, имеющего разрешение 1280×1024, существует ровно 3840×1024 транзистора и субпиксельных элемента. Размер точки (пикселя) для 15,1-дюймового дисплея TFT (1024×768) приблизительно равен 0,0188 дюйма (или 0,3 мм), а для 18,1-дюймового дисплея TFT — около 0,011 дюйма (или 0,28 мм).

Рисунок 7. Конструкция TFT.

TFT обладают рядом преимуществ перед ЭЛТ-мониторами, среди которых — пониженное потребление энергии и теплоотдача, плоский экран и отсутствие следа от движущихся объектов. Последние разработки позволяют получить изображение более высокого качества, чем обычные TFT.

Рисунок 8. Конструкция S-TFT.

Совсем недавно специалистами компании Hitachi была создана новая технология многослойных ЖК-панелей Super TFT, которая значительно увеличила угол уверенного обзора ЖК панели. Технология Super TFT использует простые металлические электроды, установленные на нижней стеклянной пластине и заставляет молекулы вращаться, постоянно находясь в плоскости, параллельной плоскости экрана (см. рис. 8). Так как кристаллы обычной ЖК-панели поворачиваются к поверхности экрана оконечностями, то такие ЖКД более зависимы от угла зрения, чем ЖК-панели Hitachi с технологией Super TFT, В результате изображение на дисплее остается ярким и четким даже при больших углах обзора, достигая качества, сопоставимого с изображением на ЭЛТ-экране.

Японская компания NEC недавно объявила, что по качеству изображения ее LCD дисплеи вскоре достигнут уровня лазерных принтеров, перешагнув порог в 200 ppi, что соответствует 31 точке на квадратный мм, или шагу точек 0,18 мм. Как сообщили в NEC, применяемые сегодня многими производителями жидкие кристаллы TN (twisted nematic) позволяет строить дисплеи с разрешение до 400 точек на дюйм. Однако главным сдерживающим фактором в повышении разрешения является необходимость создания соответствующих светофильтров. В новой технологии «color filter on TFT» светофильтры, закрывающие тонкопленочные транзисторы, формируются с помощью фотолитографии на нижней стеклянной подложке. В обычных дисплеях светофильтры наносятся на вторую, верхнюю подложку, что требует очень точного совмещения двух пластин.

На прошедшей в 1999 году в США конференции «Society for information Display» было сделано несколько докладов, свидетельствующих об успехах в создании жидкокристаллических дисплеев на пластиковой подложке. Компания Samsung представила прототип монохромного дисплея на полимерном субстрате с диагональю 5,9 дюйма и толщиной 0,5 мм. Толщина самой подложки составляет около 0,12 мм. Дисплей имеет разрешение 480х320 точек и контрастность 4:1. Вес — всего 10 грамм.

Инженеры из Лаборатории кинотехники Университете Штуттгарта использовали не тонкопленочные транзисторы (TFT), а диоды MIM (металл-изолятор-металл). Последнее достижение этой команды — двухдюймовый цветной дисплей с разрешением 96х128 точек и коэффициентом контрастности 10:1.

Группа специалистов IBM разработала технологию производства тонкопленочных транзисторов с применением органических материалов, позволяющую изготавливать гибкие экраны для электронной книги и других устройств. Элементы разработанных IBM транзисторов напыляются на пластиковую подложку при комнатной температуре (традиционные LCD-дисплеи изготавливаются при высокой температуре, что исключает применение органических материалов). Вместо обычного диоксида кремния для изготовления затвора используется цирконат титоната бария (BZT). В качестве полупроводника применяется органическое вещество под названием пентацен (pentacene), представляющее собой соединение фенилэтиламмония с иодидом олова.

Для повышения разрешения LCD-экранов компания Displaytech предложила не создавать изображение на поверхности большого LCD-экрана, а вывести картинку на маленький дисплей высокого разрешения, а затем с помощью оптической проекционной системы увеличить ее до нужных размеров. При этом Displaytech использовала оригинальную технологию Ferroelectric LCD (FLCD). Она основана на так называемых кирально-смектических жидких кристаллах, предложенных для использования еще в 1980 г. Слой материала, обладающего ферроэлектрическими свойствами и способного отражать поляризованный свет с вращением плоскости поляризации, наносится на подающую управляющие сигналы CMOS-подложку. При прохождении отраженного светового потока через второй поляризатор возникает картинка из темных и светлых пикселов. Цветное изображение получается за счет быстрого чередования освещения матрицы красным, зеленым и синим светом.. На базе FLCD-матриц можно производить экраны большого размера с высокой контрастностью и качеством цветопередачи, с широкими углами обзора и малым временем отклика. В 1999 году альянс корпораций Hewlett-Packard и DisplayTech 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. 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.

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 следующими устройствами:

Преимущества и недостатки ЖК-мониторов

Среди преимуществ TFT можно отметить отличную фокусировку, отсутствие геометрических искажений и ошибок совмещения цветов. Кроме того, у них никогда не мерцает экран. Почему? Ответ прост — в этих дисплеях не используется электронный луч, рисующий слева направо каждую строку на экране. Когда в ЭЛТ этот луч переводится из правого нижнего в левый верхний угол, изображение на мгновение гаснет (обратный ход луча). Напротив, пиксели дисплея TFT никогда не гаснут, они просто непрерывно меняют интенсивность своего свечения.
В таблице показаны все главные отличия рабочих характеристик для разных типов дисплеев:

Источник

История ЖК-дисплеев с активной матрицей

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?

Источник