Трансформируя реальность

Необъятная тема «о дисплеях во всем их разнообразии» на страницах сайта фигурировала многократно (см., в частности, тексты про расширенную реальность, про компьютерную голографию,  про Actuality, еще одну любопытную, но малоизвестную технологию 3D-изображений). Здесь же представлен общий обзор интересных разработок такого рода по состоянию на 2003 год.

(Октябрь 2003)

Если верить классикам марксизма-ленинизма, то «материя – это объективная реальность, воспринимаемая нами через ощущения и существующая независимо от нас». Если же реальность, а с нею и ощущения начинают зависеть от наших собственных желаний и манипуляций, то обычно такой мир принято называть «виртуальным».

Благодаря компьютерам дела складываются так, что разница между материальной и виртуальной реальностью неуклонно уменьшается. И в конечном счете, если верить выкладкам английского физика-теоретика Дэвида Дойча и его книге «Структура реальности», вычислительная мощь компьютеров, моделирующих виртуальную реальность, достигнет такого уровня, когда человеческие органы чувств уже не смогут отличать один мир от другого.

Поскольку более 90% нашего мировосприятия формируется органами зрения, то особо интересно проследить, как рождаются ныне разнообразные технологии дисплеев, все глубже погружающих нас в иную, более податливую мыслям реальность. Начнем же обзор с обычных телеэкранов.

Стены снаружи, стены внутри

По мере освоения технологии больших плоскопанельных плазменных дисплеев все чаще (и с подачи их изготовителей, ясное дело) стала звучать мысль, что поиски оптимального телеэкрана, дескать, можно считать законченными. Ну посудите сами — краски на заглядение яркие, угол обзора широченный, большую и плоскую панель можно не просто вешать, но даже встраивать в стену, экономя дефицитное жизненное пространство.

Что же касается очень приличной цены (несколько тысяч долларов), мощного энергопотребления (словно у печки-духовки) и порой «не совсем черного» (с зеленоватым оттенком) черного цвета — так это временные неудобства, которые по мере совершенствования технологии инженеры-разработчики непременно подправят. Главное, покупать побольше…

Однако, многие исследователи отчетливо видят на горизонте куда более привлекательную альтернативу и уверены, что последним словом в плоскопанельных дисплеях будут экраны не на плазме, а на основе углеродных нанотрубок. Эти экзотические молекулы углерода, открытые в 1991 году японцем Сумио Иидзима из NEC Research Labs, имеют форму крошечных трубочек диаметром несколько нанометров и длиной до микрона.

Сегодня карбоновые нанотрубки, благодаря их редкостным физическим свойствам, положены в основу многих новых технологий в микроэлектронике – от запоминающих устройств и транзисторов нового поколения до межсоединений в сверхплотно упакованных чипах. Новые же экраны на основе феномена автоэлектронной эмиссии и матрицы из катодов-нанотрубок сулят объединить в себе лучшие черты всех популярных на сегодня дисплеев –  яркость красок и ширину обзора катодно-лучевых трубок при отсутствии свойственных им деформаций изображения по краям, плоскую панель как у жидкокристаллических и плазменных решений, и при этом очень небольшое (десятки ватт) потребление энергии.

При столь впечатляющем наборе достоинств неудивительно, что разработкой нанотрубочных дисплеев (CNT TV) энергично занимаются сегодня многие ведущие компании Азии, Европы и США. В Японии, в частности, для этого сформирован специальный, финансируемый государством консорциум, плюс самостоятельные работы ведет корпорация Sony. В Америке наиболее активны Motorola и Applied Nanotech, а южнокорейская группа компаний Samsung уже продемонстрировала на выставке свой полноцветный дисплей новой конструкции с диагональю 38 дюймов и потреблением энергии всего 70 ватт (аналогичный плазменный экран требует в 10 раз больше).

На сегодня главный сдерживающий фактор для широкомасштабного внедрения технологии – очень высокая стоимость производства массивов углеродных нанотрубок. Пока что цена грамма этого материала оказывается существенно дороже грамма золота. Однако постепенно затраты удается снижать, так что тончайшие и яркие панели из карбоновых нанотрубок вполне могут стать основными телеэкранами в домах XXI века.

Для украшения же домов будущего снаружи – динамически меняющимися орнаментами, художественными видеокомпозициями, рекламой и прочими объявлениями – уже изобретена и понемногу внедряется другая технология, обобщенно именуемая «электронные чернила».

Сравнительно «малоформатными» воплощениями данной идеи, сосредоточенными на контрастных монохромных решениях, занимаются американские фирмы E Ink и Gyricon. Продукция этих компаний обещает удобные электронные книги и газеты, складные карманные дисплеи или практичные, легко обновляемые доски объявлений для торговых заведений.

А вот фирма Magink (т. е. «волшебные чернила»), является на сегодня чуть ли не единственной, продвигающей вариант полноцветных информационных щитов для уличного применения. Хотя Magink компания небольшая, ее без натяжек можно назвать транснациональной, поскольку базируется она в США, разработкой занимаются инженеры в Англии и Израиле, а производством – японские партнеры из Mitsubishi Electric.

В основе технологии Magink лежит особая паста, наносимая на панель и состоящая из мелких спиралевидных частиц. Пространственным положением этих частиц (т.е. особенностями светоотражения) можно точно управлять, изменяя подаваемое напряжение. В результате панель становится цифровым экраном (размер пикселя 5 мм, 4096 цветов RGB), издали напоминающим полиграфию на бумаге, но способным менять изображение со скоростью до 70 кадров в секунду.

Впрочем, столь высокая скорость обновления кадров – это потенциал на будущее, поскольку пока полноцветные информационные панели Magink планируется использовать не для трансляции видео, а для экономичной уличной рекламы, под управлением удаленного сервера меняющей картинки по принципу программы-скринсейвера. Испытания щитов новой конструкции и площадью около десятка квадратных метров проходят сейчас во многих крупных городах на разных континентах (Лондон, Токио, Торонто, Панама-сити и др.).

Если говорить об энергопотреблении, то электронные рекламные щиты и доски объявлений на основе «волшебных чернил» имеют неоспоримые преимущества перед более привычными на сегодня уличными видеоэкранами из светодиодов. В щитах новой конструкции совсем небольшое электропитание требуется только для смены изображения, а все остальное время картинка сохраняется сама. Но для яркой ночной рекламы это решение не подходит, конечно, поскольку при плохой видимости требует наружной подсветки.

Обои, окна, зеркала

Итак, разобравшись более-менее со стенами жилища, обратимся к таким деталям отделки, как обои и стекла. Под «обоями» в данном случае понимаются дисплеи на гибкой пластиковой основе. Такую технологию с разным успехом уже около десятка лет разрабатывают многие фирмы, включая Cambridge Display Technologies, Kodak/Sanyo и Universal Display Corporation.

Реальная промышленная продукция подобного рода только-только начинает появляться на рынке, поскольку в массе своей это разновидность дисплеев на основе органических светодиодов (OLED). И хотя данная технология в потенциале обещает очень яркие краски при сравнительно небольшом энергопотреблении, здесь пока еще имеются серьезные барьеры технического характера.

Следствие этих трудностей – заметные ограничения на размер матриц и пока еще высокая стоимость производства. Как бы там ни было, в 2002 году одним из главных лидеров направления, английской фирмой Cambridge Display Technologies (www.cdtltd.co.uk), начато коммерческое продвижение на рынок технологии гибких дисплеев на основе светоизлучающих полимеров. Лицензию на производство таких дисплеев уже приобрели у CDT такие крупные фирмы как Seiko-Epson, Philips, Delta Optoelectronics, DuPont Displays и несколько других, так что до конца десятилетия технология должна созреть и до массового рынка.

(Попутно заметим, что другие компании полным ходом разрабатывают и все остальные «гибкие» компьютерные компоненты — полупроводниковые процессоры, память и элементы питания. Так что, можно считать, уже на подходе экзотические ламинированные сэндвичи толщиной 2-3 миллиметра, сворачивающиеся в трубку и представляющие собой совершенно полноценный компьютер. Подробности об этих технологиях можно найти на сайте калифорнийской фирмы Rolltronics, http://www.rolltronics.com.)

На другом направлении – прозрачных дисплеев-окон – ощутимые успехи достигнуты лишь в самое последнее время. Сначала, на рубеже 2002-2003 гг., полупроводниковая индустрия с интересом обсуждала результаты американского инженера Джона Вейджера и его команды из Орегонского университета, создавших первый прозрачный транзистор.

Правда, у этого изобретения была весьма небольшая подвижность носителей тока (скорость перемещения электронов в твердой среде), а это критично важный параметр для таких практических приложений, как видеодисплеи. Но уже в мае 2003 года в журнале Science появилась публикация группы японских разработчиков из TokyTech, Токийского института технологий, которые научились создавать намного более быстрые прозрачные полупроводниковые схемы с подвижностью носителей в десятки раз выше, чем у американцев.

Как это часто бывает, новый подход дал существенный выигрыш в параметрах ценой серьезного усложнения и удорожания технологии производства. Однако, практически любая новаторская технология поначалу бывает дорогой и далекой от существующих методов промышленного производства. Но уже ясно, что дальше будут отысканы методы упрощения и удешевления технологических процессов, а значит не за горами удивительные дисплеи, прежде виданные лишь в фантастических фильмах – на окнах квартир, ветровых стеклах машин или в аппаратуре расширения реальности.

Если дисплеи-окна – это определенно завтрашний день, то дисплеи-зеркала – вещь, вполне реальная уже сегодня. Правда, весьма дорогая пока вещь. Компания Royal Philips Electronics летом прошедшего (2003) года представила рынку новую технологию дисплеев, объединяющих в себе функции зеркала, телевизора и компьютерного монитора.

Технология получила название Mirror TV и представляет собой полупрозрачное зеркало с расположенным позади него жидкокристаллическим экраном. Когда он включен – видно лишь дисплей, когда выключен – особый слой покрытия превращает экран в зеркало. Выпуск зеркальных экранов предусмотрен в широком формате 16:9 и размером диагонали 17, 23, и 30 дюймов.

Поскольку технология получилась довольно дорогой, первые партии Mirror TV не планируются для розничных продаж. Экраны-зеркала изготовляются без рам, по специальным заказам дорогих отелей, имеющих вполне конкретные требования к дизайну и оформлению встраиваемой техники. Ориентировочно, цена 17-дюймового зеркального дисплея составляет около 2500 долларов, а 30-дюймового — порядка 5500 долларов.

Конечно, в случае массового производства цены могут существенно уменьшиться. Однако спрос на подобную продукцию пока никем не исследовался, и сейчас речь идет лишь о производстве небольших заказных партий.

(Окончание следует)