На смену жидкокристаллическим экранам приходят устройства на базе
органических светодиодов. Плоские дисплеи нового поколения сделаны на
базе органических светоизлучающих диодов (ОСИД или OLED — Organic Light
Emitting Diode), в основе которых лежит излучение света органическими
электролюминесцентными материалами. Такие дисплеи представляют собой
матрицу, состоящую из элементов, которые светятся в различных участках
видимого спектра при прохождении через них электрического тока.
Типовая многослойная органическая светоизлучающая структура
В настоящее время независимо развиваются два направления
ОСИД-технологии, основанных на применении низкомолекулярных либо
полимерных органических светоизлучающих материалов. Хотя последняя
технология отстаёт в своём развитии от первой на несколько лет, она всё
же более простая и многообещающая. Обе они относятся к сфере
нанотехнологий, поскольку предполагают использование нескольких слоёв
органических материалов толщиной 1—50 нм различного функционального
назначения.
Теоретически новые устройства лучше, чем жидкокристаллические дисплеи
по нескольким характеристикам. Прежде всего, отпадает необходимость в
подсветке экрана, что снижает вес и размеры изделий, а также
энергозатраты — ведь фильтры жидкокристаллических дисплеев поглощают до
70 процентов света. Гибкие полимерные ОСИД-экраны могут производиться с
помощью безвакуумной технологии нанесения материалов на подложку
методами струйной печати. Кроме того, новые экраны обладают высокой
контрастностью и быстродействием, качественной цветопередачей,
возможностью работы в широком температурном интервале.
Однако на практике преимущества теряются. Дело в том, что схемы
управления ОСИД-дисплеев токовые, в то время как ЖК-дисплеи работают с
потенциалом. Из-за этого потери в схемах управления ОСИД-дисплеев
значительно выше, особенно в случае экранов большого размера. Правильная
цветопередача тоже достаётся ОСИД-технологии ценой больших усилий и
затрат, поскольку подбор необходимых композитных материалов представляет
собой достаточно длительный и сложный процесс. Что касается
температурного интервала, то он может ограничиваться не только самими
светодиодами, но и другими компонентами дисплейной системы. Поэтому
использование потенциальных преимуществ новых технологий требует больших
усилий. А ведь они обладают ещё и «врождёнными» недостатками, главный
из которых — деградация органических материалов, особенно быстрая в
присутствии малейших примесей кислорода и паров воды.
Дисплей на измерительной плате
По этим причинам, а также в связи с быстрым прогрессом в области
производства ЖК-экранов ОСИД-технология при сопоставимом качестве
изделий оказывается дороже. Это сдерживает её выход на массовый рынок. В
последние годы даже наблюдалось некоторое снижение объёмов продаж
ОСИД-дисплеев, а определённые крупные фирмы-первопроходцы новой
технологии вообще ушли с рынка. Тем не менее большинство экспертов
склоняется к мнению, что радикальные изменения на рынке дисплеев,
связанные с использованием ОСИД-технологий, не отменяются, а только
«задерживаются». И первый прорыв в области малоформатных дисплеев
следует ожидать в ближайшие годы, ведь уже в 2006 году 22 процента
МР3-плееров оснащались дисплеями, произведёнными с использованием этих
технологий.
Наука, как обычно, идёт впереди технологии, и уже в лабораториях
разрабатываются ОСИД-экраны нового поколения. В первую очередь здесь
нужно упомянуть TOLED-технологию (Transparent OLED), позволяющую
создавать прозрачные гибкие дисплеи с повышенным уровнем контрастности. В
выключенном состоянии современные образцы таких дисплеев пропускают
примерно 70 процентов света и поэтому со временем могут использоваться
для вывода информации на автомобильные и оконные стёкла, прозрачные
щитки шлемов и даже обычные очки. Кроме того, уже разработана так
называемая «электронная бумага» — чёрно-белый дисплей толщиной менее 0,3
миллиметра. Это тонкая стальная фольга, на которую нанесён слой,
содержащий капсулы с красителем. Они выделяют белое или чёрное красящее
вещество в зависимости от полярности поданного на них управляющего
напряжения.
Особенно впечатляют перспективы использования квантовых точек в
качестве структурных элементов дисплеев. Квантовые точки — это
наноразмерные островки одного полупроводника на подложке из другого,
которые представляют собой подобие атома с дискретным спектром энергии
электронов. Управлять спектром их излучения можно просто — изменяя их
размер. Так, например, излучение квантовых точек CdSe изменяет цвет от
красного к фиолетовому при уменьшении их размера от 5 до 1,5 нм. Такие
мониторы позволят в полной мере использовать преимущества люминесцентных
экранов, в частности, на порядок повысить их яркость. Естественно, их
серийное производство должно опираться на высокоразвитые нанотехнологии.
Фотография, снятая с экрана полноцветного дисплея 160 х 128 пикселей
В России ОСИД-технологиями занимаются в ОАО «ЦНИИ „Циклон"». Его
специалисты создали различные органические электролюминесцентные
материалы, а на их основе — светоизлучающие структуры синего, зелёного и
красного цвета свечения. Слои ОСИД-структур формировали методом
вакуумного термического напыления при давлении менее 10-6 мм рт. ст.
Нанесение всех слоёв и герметизация ОСИД-структур проводились в едином
технологическом цикле в герметичных боксах при содержании паров воды и
кислорода не более 1 ррм. В общем, полноцветный ОСИД-дисплей в России
есть.
Учитывая, что для всех групп ОСИД-устройств важна стойкость к внешним
воздействиям, дисплеи подвергли механическим, климатическим и
температурным испытаниям. Приборы устойчиво работают в диапазоне
температур от —20 до +55 °С, при одиночных ударах до 150 g, вибрации в
диапазоне частот 10—55 Гц с многократными ударами до 10 g. О результатах
этой работы главный конструктор «Циклона» Николай Усов рассказал на
конференции, посвящённой итогам выполнения мероприятий ФЦП «Исследования
и разработки по приоритетным направлениям развития
научно-технологического комплекса России на 2007—2012 годы», которая
прошла в РНЦ «Курчатовский институт» в январе 2010 года.
Задумываясь о перспективах этой разработки, можно предположить, что
основные проблемы её применения лежат не в области технологии, хотя она,
конечно, тоже нуждается в усовершенствовании. Главное — это найти нишу
на рынке для новой продукции. Ведь в мире этой проблемой занимаются уже
более 20 лет, и многие ведущие фирмы — производители электроники —
вложили в разработку OLED-дисплеев миллиарды долларов. Поэтому возникает
опасение — не утопит ли отечественную разработку вал импортной
продукции? Очевидно, она нуждается в государственной поддержке. Одно из
возможных решений — использование её в приборах системы ГЛОНАСС.