Как нынешнее столетие, так и минувшее принято называть и веком скоростей, и веком информации. И конечно, оно отличается безумными скоростями передачи и обработки данных. Гигагерцевые частоты процессоров, многомегабитовые каналы передачи данных, мобильные компьютеры, мобильный Интернет и GPRS — все возрастающее количество информации со все большей скоростью становится доступным, и, наверное, за прошедшие десятилетия практически не видоизменился лишь один участок этой цепочки — между компьютером и человеком, но сейчас и здесь наметился прогресс — изменяются компьютерные дисплеи.

Мониторы с электронно-лучевыми трубками медленно, но верно уходят в прошлое. Об этом уже можно говорить как о свершившемся факте, и даже инвестиции в их разработки практически прекратились. На смену им приходят новые устройства, базирующиеся на иных технологиях и обладающие более широкими возможностями, ранее казавшимися просто фантастическими.

Так каких же видов дисплеи будут развиваться в ближайшее 5—10 лет? Думаю, во-первых, они должны будут превосходить предшественников по удобству восприятия, т.е. яркости, контрастности, углу обзора, скорости изменения изображения, размерам экрана и безопасности. Для мобильных устройств, естественно, актуально и уменьшение габаритов, а также энергопотребления. Вглядимся же попристальнее в звездное небо на экране монитора и попытаемся предсказать его будущее.

Сейчас уже ясно, что ЭЛТ-дисплеи доживают свой век, хотя пройдет, видимо, не один десяток лет, прежде чем их можно будет встретить лишь в музеях. Наиболее реальной заменой им остаются ЖК-мониторы, несмотря на все свои недостатки, к тому же они постоянно совершенствуются. В ближайшее время серьезным конкурентом ЖК-технологии, вероятно, станут экраны на базе технологии OLED (Organic Light Emitting diodes — органические светодиоды, cм. «Мир ПК», №6/02, с.24), особенно в мобильных устройствах. Из еще не описанных в нашем журнале отметим технологию E-Ink (Electronic Ink — «Электронные чернила»), разрабатываемую компаниями Philips и E Ink.

Лейтесь, жидкие кристаллы!

Процесс изготовления ЖК-мониторов весьма сложен, что приводит к высокому проценту брака и высокой себестоимости. Возможно, ситуацию изменит технология paintable displays (окрашиваемые или рисуемые дисплеи), анонсированная исследовательским центром Philips.

В настоящее время при производстве ЖК-матриц применяется сell-технология («клеточная»): две стеклянные поверхности, содержащие схемы управления, располагаются параллельно друг другу на расстоянии нескольких микрон. Образовавшаяся ячейка (пространство между поверхностями) заполняется ЖК-веществом. Существующий вакуумный процесс заполнения ячейки долгий, поэтому дорог. (Более подробно об устройстве ЖК-мониторов можно прочитать, например, в «Мире ПК», №6/02, с.24). Компания Philips предложила новый процесс, при котором ЖК-материал накладывается на поверхность подобно тому, как краска наносится на лист бумаги, поэтому и «paintable». В основе этой технологии лежит процесс photo-enforced stratification (фотостратификации): на подложку наносится смесь из ЖК-вещества и полимерного материала, а затем полученный слой облучается ультрафиолетовым светом. Под его воздействием смесь разделяется на составляющие: жидкокристаллическую и полимерную, формирующую в ходе облучения боковые стенки между ЖК-веществом и наружным полимерным покрытием. После наложения поляризационного слоя ЖК-монитор готов к работе.

Такой производственный процесс более короткий и менее трудоемкий, чем распространенный сейчас, что снижает себестоимость изготовления ЖК-панелей. Кроме того, дисплеи получаются более тонкими, поскольку отсутствует второй слой стекла, необходимый в традиционных ЖК-дисплеях для создания ячеек. Также расширяется выбор материала для подложки, например, могут использоваться даже полимеры, пластичность которых позволяет задуматься о создании гибких дисплеев.

Сворачиваем в трубочку

Еще одно направление развития — дисплеи перестают быть только плоскими (к чему стремились еще пять лет назад), а учатся сворачиваться и готовятся принимать произвольную форму. И действительно, как удобно свернуть дисплей после работы, чтобы он не занимал места. Подобные дисплеи могут быть созданы на базе таких технологий, как ЖК, OLED или «электронные чернила». Самый сложный вопрос: чем заменить стеклянную подложку? Если применить пластик, то гибкость обеспечена, однако он, в отличие от стекла, пропускает кислород и воду, присутствие которых несовместимо с электролюминесцентными свойствами органических диодов. Так что пока гибкие OLED-дисплеи «живут» не больше двух-трех недель, но исследовательские лаборатории рапортуют, что через несколько лет можно будет начать их массовое производство.

Еще одна сложность: при изготовлении ЖК-панелей используются достаточно высокие температуры — стекло выдерживает до 450 ?С, а вот полимеры — максимум 200 ?С. Так что в существующих технологических цепочках простой заменой стекла пластиком не отделаться, надо уделить внимание снижению температур и поиску термоустойчивых полимерных соединений. Кстати, компания Philips уже продемонстрировала первый гибкий дисплей с активной матрицей размером 108x96 точек.

Еще одна проблема на пути к гибким экранам — матрицы из тонкопленочных транзисторов, управляющих пикселами экрана. Сейчас, как правило, транзисторы для матрицы делаются на основе некристаллического аморфного кремния, что обусловлено относительной простотой техпроцесса. Однако этот материал отличается низкой мобильностью носителей зарядов (т.е. проводимостью) — 0,5 см2/В?с (для обычного кристаллического кремния — 600 см2/В?с), и потому транзисторы из него могут использоваться для управления отдельными пикселами экрана, но непригодны для реализации функций обработки сигнала и логики управления монитором. Микросхемы на основе кремния, применяемые для управления ЖК-матрицей, занимают примерно треть площади дисплея и, кроме того, требуют огромного количества соединений между стеклом подложки и управляющими контурами. Все эти факторы, естественно, не способствуют гибкости монитора, более того — их преодоление помогло бы и традиционным ЖК-дисплеям, так как большое число соединений не повышает надежности работы.

В то же время использование в производстве ЖК-матриц поликристаллического кремния (полисиликона), сравнимого по проводимости с кристаллическим, при некотором усложнении технологического процесса (добавлении двух дополнительных стадий) позволило бы создавать КМОП-контуры управления дисплеем. Но тогда потребуется более высокая температура изготовления — около 600 ?С, при которой невозможно использование в качестве подложки не только пластика, но и почти любых видов стекла. В общем, хорошо было бы делать подложки для дисплеев из полимерных материалов, однако максимальная температура, допустимая для пластика, не превышает 300 ?С, а минимальная для полисиликона — около 600 ?С.

Тем не менее решение было найдено — создан низкотемпературный полисиликон (LTPS, Low Temperature Polysilicon). Технология LTPS позволяет получить кристаллизованный полисиликон при достаточно низких температурах. Эксимерный лазер нагревает слой аморфного кремния до температуры плавления в течение нескольких наносекунд таким образом, что при остывании происходит рекристаллизация и образуется полисиликон (похожий процесс рекристаллизации имеет место в приводах СD-RW), причем максимальная температура процесса ниже 450 ?С, т. е. она подходит для использования стеклянной подложки, и ее даже можно снизить до 275 ?С (для применения полимерных материалов). Кроме того, технология LTPS дает возможность переносить управляющие контуры дисплея непосредственно в структуру отображающих элементов. Например, микросхемы памяти, хранящие текущее изображение на экране, можно заменить на запоминающее устройство, расположенное непосредственно за массивом пикселов, что позволит значительно уменьшить энергопотребление в режиме с постоянным изображением на экране.

Конечно же, у любой технологии есть свои недостатки. Так, для производства дисплеев на низкотемпературном полисиликоне приходится добавлять несколько стадий в технологический процесс, что повышает себестоимость ЖК-панелей.

Экран на листе

Но сколь бы хороши не были мониторы, не знаю, как вы, но и я, и многие мои знакомые предпочитают читать текст на бумаге, и потому, когда получают письмо по электронной почте, текст договора, листинг кода программы и что угодно еще, требующее более или менее внимательного изучения, первым делом включают принтер. Да и эта статья, прежде чем она попадет на глаза читателям, будет не раз напечатана на бумаге, чтобы выловить опечатки и внести исправления. Почему же все-таки текст на бумаге воспринимается лучше, чем на экране монитора? Кроме привычки, есть еще и объективные факторы, такие как количество отраженного от дисплея света (характеризуется коэффициентом отражения) и контрастность (отношение интенсивностей отражаемых световых потоков от белых и черных участков изображения).

Даже в последних моделях мониторов коэффициент отражения и контрастность примерно в два раза ниже, чем, скажем, у журнала, который вы держите в руках. Вдобавок печатные издания имеют более широкий угол обзора и им можно придать ту форму, которая удобнее для чтения. В общем, читать текст на бумаге, конечно, удобнее (видимо, именно поэтому даже с приходом Интернета бумажные издания продолжают существовать), однако печать документа требует дополнительного времени, да и принтер далеко не всегда есть под рукой. Одно из решений этой проблемы предложила компания E Ink, разработавшая новую технологию отображения информации с помощью «электронных чернил».

Основной элемент дисплеев, создаваемых E Ink, — матрица микрокапсул, каждая из которых содержит положительно заряженные частицы белого цвета и отрицательно заряженные — черного. При подведении к капсуле отрицательного заряда белые (положительно заряженные) частицы под действием кулоновских сил отталкиваются и поднимаются в верхнюю часть капсулы, где их видит наблюдатель. А при подведении положительного заряда верх капсулы окрашивается в черный цвет. Такой способ получения изображения обеспечивает высокую контрастность цвета и широкий угол обзора. Кроме того, сейчас разрабатываются технологии, позволяющие использовать в качестве подложки для слоя из таких микрокапсул совершенно произвольные по составу и форме поверхности. Так что дисплей на вашей любимой кружке или футболке — это уже реальность. Ведутся работы и по созданию цветных дисплеев на основе «электронных чернил», в которых принцип получения цвета будет сходен с используемой в ЖК-мониторах системой красных, желтых и зеленых светофильтров.

Монитор в глубину

Хотя идет постоянная борьба за уменьшение размеров монитора, никто как-то не протестует, чтобы при нулевой толщине на экране возникало трехмерное изображение и была, скажем, реально видна глубина пропасти. Современные технологии уже позволяют создавать трехмерное изображение. Самое известное устройство — стереоочки: их ЖК-затворы попеременно закрываются, а на дисплей выводятся изображения для правого и левого глаза поочередно.

Интерес к таким приспособлением низкий, главным образом из-за отсутствия источников для трехмерных изображений. Но прогресс и здесь не стоит на месте. Сейчас уже совсем не обязательно надевать очки, американская компания StereoGraphics, например, производит ЖК-дисплеи с системой миниатюрных линз, расположенных таким образом, что пользователь видит трехмерное изображение. Другая американская компания, DTI, также производит дисплеи со специальным покрытием, благодаря которому каждый из пикселов виден либо только для левого, либо для правого глаза.

Правда, продукция этих фирм пока не известна в России, да и в США основные заказчики — рекламные агентства и музеи. Причина столь низкого спроса, как и раньше, кроется в отсутствии 3D-контента, доступного и интересного широкому кругу пользователей. Давно вы последний раз видели трехмерный фильм? Энтузиасты трехмерного видео, небольшая компания DDD из шт. Калифорния, занимаются разработкой программного обеспечения, создающего трехмерные фильмы на основе существующих двумерных. Происходит это примерно так: для каждой сцены из фильма выделяются первый и последний кадры. Затем оттенками серого цвета (от белого до черного) обозначается расстояние от камеры до объекта (например, человек на переднем плане помечается белым цветом, горизонт — черным) и запускается алгоритм, рассчитывающий расстояние между объектами и камерой во всех промежуточных кадрах. В принципе данная технология достаточно хорошо отработана, вопрос состоит лишь в том, готовы ли потребители оплачивать трехмерность.

Когда? Вам виднее!

Когда вы дочитаете эту статью почти до конца и вспомните про свой ЭЛТ- или ЖК-монитор, то, наверное, скажете: «Ну да, хорошо, новые технологии, хорошие перспективы, дисплеи станут ярче, понятие «угол обзора» исчезнет из языка, практически перестанет потребляться энергия, мониторы будут сворачиваться и разворачиваться по словесной команде... Но когда? Лет эдак через десять? Или через год? А может быть, даже через несколько дней?»

Причины практически полного отсутствия в компьютерных магазинах продуктов с использованием перечисленных выше технологий заключаются не только в технических проблемах, но и в том, что необходимо вкладывать достаточно серьезные инвестиции в промышленное производство и финансировать дальнейшие исследования. Естественно, размер инвестиций в ту или иную технологию напрямую связан с существующим и предполагаемым спросом на рынке, а также с готовностью покупателя заплатить, скажем, лишние 100 долл. за то, что он будет пользоваться OLED-, а не ЖК-монитором. Так что какие из технологий получат широкое распространение, а какие нет — определять нам с вами.

С глазу на глаз

Как утверждают психологи, при человеческом общении более 50% информации передается при так называемом глазном контакте — направление взгляда, микродвижения зрачков, их размер... А как же обстоит дело при взаимодействии с компьютерами?

Многофункциональностью мобильных устройств сейчас уже никого не удивишь: КПК+мобильный телефон, мобильный телефон+GPS-терминал, телефон+фотоаппарат и т. д. Тем не менее возможности их применения ограничиваются малыми размерами дисплеев и, следовательно, не слишком большим количеством отображаемой информации.

Документ — глаз

Об одном из способов решения этой проблемы — создании микродисплеев OLED с высоким разрешением — мы уже рассказывали (см. «Мир ПК», №6/02, с.24). Исследователи компании Microvision (www.mvis.com) пошли по несколько иному пути. Они высказали сомнение: если с дисплеями возникает столько проблем, то нужны ли они вообще? И предложили принципиально новый вариант: изображение передается прямо на сетчатку глаза. Компания представила свою технологию SPS Display, или Scanning Photonic System Display («дисплей на основе улавливания фотонов»). В таком «мониторе» используются три светодиода — красный, зеленый, синий (как и в традиционных), освещающие миниатюрную электромеханическую микросхему MEMS (Micro-Electro-Mechanical System Chip). Она управляет перемещающимся зеркалом, световой пучок от которого, проходя через систему линз, проецируется на сетчатку глаза. Управляемый микросхемой МEMS пучок света с большой скоростью проходит по горизонтали, отображая соответствующий ряд пикселов изображения, перемещается на один пиксел по вертикали и отображает следующий ряд пикселов. После отображения крайней нижней строки зеркало перемещается так, что пучок света снова оказывается в крайнем верхнем положении. Поскольку время перемещения светового пучка значительно меньше минимального времени восприятия визуального образа человеком, мозг объединяет все пикселы в неподвижное изображение.

Устройство представляет собой практически аналог электронной пушки в ЭЛТ-мониторе, а глаз — самого экрана. Возможно, недостаток данной технологии состоит в том, что приходится держать устройство на расстоянии нескольких сантиметров от глаза. Вряд ли это делает работу комфортной. Безусловное преимущество SPS Display — малые физические размеры «дисплея». К тому же экспериментальные образцы уже позволяют получить изображение с разрешением 800x600 точек и уровнем контрастности 150:1, что сравнимо даже с показателями настольных дисплеев линейки начального уровня. Существует вероятность, что технология SPS Display позволит демонстрировать изображения и с более высоким разрешением. Еще один ее безусловный плюс — независимость восприятия изображения от внешних условий освещения. Кроме того, по заявлениям создателей, себестоимость производства таких дисплеев будет значительно ниже, чем у OLED-«собратьев», а при массовом производстве потребуются на порядок меньшие инвестиции в оборудование.

Из глаза в документ

Еще одна проблема пользователей карманных компьютеров, обусловленная малыми размерами КПК, — неудобство ввода информации: клавиатура маленькая либо вообще отсутствует. Не исключено, что совсем скоро ваш компьютер будет понимать вас в буквальном смысле «с первого взгляда». Ученые Кембриджского университета разработали программу Dasher (http://www.inference.phy.cam.ac.uk/dasher/), позволяющую вводить текст в компьютер с помощью глаз.

На экране показаны все буквы алфавита. Как только взгляд пользователя останавливается на одной из букв (направление взгляда фиксируется небольшой видеокамерой), она добавляется в слово, а на экране остаются только те буквы, которые могут следовать за выбранной. Причем программа анализирует ваши индивидуальные предпочтения букв в словах, и в центре экрана оказываются символы или группы символов, которые наиболее вероятно следуют за выбранными. Первоначально предполагалось, что программа будет использоваться в первую очередь людьми с ограниченными двигательными возможностями, но позднее к этой идее проявили интерес и производители карманных компьютеров. Авторы программы утверждают, что после некоторой тренировки скорость ввода будет достигать примерно 20 слов в минуту. Кстати, если видеокамера в вашем КПК — дело, может быть, и не далекого, но все-таки будущего (оно уже наступило — см. в разделе «Новые продукты» статью «Прокрустово ложе для Sony». — Прим. ред.), то версия программы, работающая с традиционным TouchPen, доступна на сайте разработчиков уже сейчас.

Наперегонки со временем

Несомненно, одно из узких мест при перемещении информации от компьютера к человеку — это мы сами или, точнее, скорость восприятия нами информации. О различных методиках скорочтения, их возможностях, ограничениях, плюсах и минусах написано достаточно много, да и к тематике журнала они имеют довольно опосредованное отношение, поэтому лишь кратко напомним одну из идей. В основе повышения скорости чтения — устранение так называемого внутреннего проговаривания. Ведь обычно человек, читая новый текст, сначала как бы произносит слова вслух, а уже затем по звуку определяет их смысл и потому сильно отстает от тех, кто применяет скорочтение.(Хорошо известно, что скорость восприятия образной информации человеком заметно выше, чем звуковой.)

Рекомендуемый всеми школами скорочтения способ заключается в том, что нужно заставлять себя читать строчки текста как можно быстрее. Даже на первом этапе не следует останавливаться на отдельных словах. Хотя это будет в ущерб качеству восприятия, но потом постепенно увеличиваются скорость и полнота понимания текста. В свое время было написано достаточно много компьютерных программ, тренирующих скорость чтения именно таким способом. Они по порядку выводят в центре экрана по одному или по нескольку слов текста с определенной скоростью прокрутки, которую можно постепенно увеличивать. Если кому-то из пользователей удастся приспособиться к подобному способу чтения, то такие программы становятся для них не только тренажером, но и удобным инструментом, позволяющим быстро получить общее представление о документе.

Теперь и в исследовательских лабораториях проявили интерес к такому способу чтения. Так, специалисты исследовательского центра Xerox разработали устройство Speed Reader для быстрого чтения. Его принцип действия основан на том, что читателю с большой скоростью по одному предъявляются слова. При этом скорость «мерцания» слов на дисплее можно изменять с помощью педали акселератора. Подобный способ, по словам представителей компании, дает возможность повысить скорость чтения до 2000 слов в минуту.