На что способна технология Sharp IGZO.

Наверняка вы задавались вопросом – каким образом Apple удалось сделать iPad Air таким легким, тонким и компактным? Ответ прост – отчасти это удалось благодаря передовой «дисплейной» технологии IGZO.

IGZO, или оксид индия, галлия и цинка (Indium Gallium Zinc Oxide) - будущее дисплеев высокого разрешения. Технология позволяет уместить на относительно небольшой площади огромное количество пикселей и уменьшить при этом энергопотребление этих пикселей по сравнению с предшествующими технологиями.

Перспективный полупроводниковый материал IGZO, используемый как канал для прозрачных тонкопленочных транзисторов, довольно давно претендовал на практическую реализацию в массовом коммерческом продукте – нужно было, чтобы какая-то компания взяла на себя риски и запустила дисплеи на основе IGZO в массовое производство. Такой компанией, как вы уже догадались, стала Apple, применившая разработку в своем планшете .

IGZO позволил не только произвести прозрачные транзисторы – материал обладает значительно большей (в 35-40 раз) подвижностью электронов, чем у аморфного кремния (a-Si), применяемого для изготовления дисплеев нынешнего поколения.

Аморфный кремний сам по себе непрозрачен, однако можно произвести из него транзистор в виде тончайшей полупрозрачной пленки, который будет пропускать свет. Благодаря большой скорости движения электронов, транзисторы на основе IGZO могут иметь намного меньшие размеры, что позволяет, соответственно, увеличить плотность размещения пикселей и понизить энергопотребление. Транзисторы на основе IGZO обладают намного большей прозрачностью, благодаря чему улучшается качество картинки. Также для отображения картинки на дисплее потребуется подсветка меньшей мощности, что, опять же, приводит к экономии энергии.

У IGZO существует и конкурирующее решение – LTPS (Low-temperature polycrystalline silicon) – низкотемпературная поликремневая технология, еще одна альтернатива аморфному кремнию. LTPS тоже предполагает большую скорость движения электронов и позволяет создавать энергоэффективные дисплеи с великолепным качеством изображения, однако производство LTPS-дисплеев дорогое и сложное.

Один из лучших примеров применения LTPS на практике – новый Kindle Fire HDX: одно из немногих устройств на рынке, имеющих дисплей более совершенный, чем у iPad Air. Если верить словам Раймонда Сонейры из компании DisplayMate, дисплеи iPad Air, использующие технологию IGZO, потребляют на 57 % энергии меньше, чем дисплей прошлогоднего iPad 4 - это огромная разница в рамках смены одного поколения. Как бы то ни было, LTPS-панель, используемая в новом Fire, еще более энергоэффективна – она потребляет на 30 % меньше энергии, чем дисплей iPad Air!

По многим параметрам LTPS превосходит IGZO, однако у IGZO все шансы на победу благодаря низкой цене и невысокой сложности производства. Технология LTPS, вероятнее всего, окажется полезной в дорогих топовых аппаратах и флагманах, тогда как IGZO будут ставить во все остальные смартфоны, планшеты, ноутбуки, мониторы и телевизоры.

Впервые коммерческие продукты на основе IGZO были представлены компанией Sharp, однако вскрытие iPad Air показало, что ЖК-панель планшета произведена компанией LG. Пока очень мало общедоступной информации о производственных мощностях LG, специализирующихся на выпуске продукции с IGZO-полупроводниками, но очевидно, что компания уже приобрела все нужные патенты или каким-то образом скооперировалась с Sharp для налаживания выпуска огромных партий 9.7’’ дисплеев для Apple, выполненных по новой технологии.

Также очевидно, что через год или два мы увидим большой ассортимент IGZO-дисплеев для ноутбуков и стационарных компьютерных мониторов (хотели бы вы приобрести, скажем, 24-дюймовый 4K-монитор по цене среднего современного монитора?).

Чувствую, что в этом году AMOLED vs IPS будет новым трендом и темой для бесконечных споров. Я хочу выразить свое мнение насчет экранов AMOLED и IPS. В технические подробности вникать не буду, просто личные впечатления.

Так как я в свое время пользовался Galaxy S1, Galaxy S2, Galaxy Nexus, немного Note 2, а также Galaxy Tab 7.7, то я прекрасно понимаю, что такое AMOLED дисплей и какие у него преимущества. В свою очередь не обошел вниманием дисплеи на IPS-матрицах: iPhone 4/4S/5, Meizu MX2, HTC Droid DNA (LCD3) и HTC One (IGZO?).

AMOLED vs IPS

В AMOLED экранах часто используется своя структура пикселей и чаще всего это не лучший вариант их компоновки (PenTile), но в эпоху появления FullHD разрешения в смартфонах можно этот момент упустить, так как именно в AMOLED экранах высокая плотность пикселей может скрыть все косяки с нестандартной компоновкой субпикселей.

Активная матрица на органических светодиодах (Active Matrix Organic Light-Emitting Diode, AMOLED) — технология создания дисплеев для мобильных устройств, компьютерных мониторов и телевизоров. Технология подразумевает использование органических светодиодов в качестве светоизлучающих элементов и активной матрицы из тонкоплёночных транзисторов (TFT) для управления светодиодами.

Любой дисплей выполненный по технологии AMOLED – это рекламный буллшит. Цвета на таком экране перенасыщенные и далеки от естественных, но многим это нравится, особенно первое время, пока глаза не начинают уставать. Чтобы этого избежать в смартфонах линейки Galaxy добавили специальный пункт в настройках экрана, в котором можно менять цветопередачу от "вырви-глаз и дай склевать ворону" до "мертвого покойничка". В любых режимах цвета далеки от естественных, говорю как человек, который немного занимается дизайном.

AMOLED экраны очень экономичные – рекламная лапша на ваши уши. Действительно, когда на экране смартфона отображается полностью черный цвет, то энергопотребление минимально, но это бывает не так часто. Хороший пример – это браузер. Если картинка светлая, то AMOLED жрет заряд аккумулятора в 5-6 раз активнее.

Если сравнить энергопотребление AMOLED экранов с IPS, когда преобладает белый цвет на картинке, то AMOLED начинает в два раза сильней кушать заряд, чем IPS. В случае рассмотрения варианта с отображением иконок на рабочем столе, когда фон полностью черный, то энергопотребление в обоих случаях схоже. При обычном использовании возможностей смартфона всегда будет экономичней экран на IPS матрице, если, конечно, вы не будете себя загонять в рамки и везде использовать черный цвет. Для Android есть специальные версии gapps, в которых стандартные приложения (gmail, контакты и т. д.) инвертированы в черные цвета, даже интерфейс "голого" Android по большей части сделан в темных тонах. Тут уже кому как нравится, но плюсы в энергопотребление IPS экранов неоспоримы.

Одно из преимуществ AMOLED экранов – это максимальные углы обзора, но тут я могу поспорить с любителями данных типов экранов. Если взять в рассмотрение экраны смартфонов на IPS, которые я перечислял в начале статьи, то у них углы обзора максимальны, а в случае HTC One и вовсе отсутствует какое-либо искажение в цвете или контрастности картинки. В случае AMOLED, также контрастность и углы обзора максимальны, но если смотреть на светлый фон, то под определенными углами он начинает отдавать различными оттенками (чаще всего зеленым или красным цветом).

Неоспоримое преимущество AMOLED над IPS – это настоящий черный цвет, но с каждым годом качество черного цвета на IPS экранах заметно улучшается, а если смотреть на это с той точки зрения, что в повседневном использовании девайса мы больше сталкиваемся с светлыми оттенками на экранах, чем черными, то преимущество AMOLED несущественное.

Новый материал для ЖК-матриц от Sharp превосходит все остальные технологии изготовления экранов. Он идеально подходит для мониторов с разрешением 4К и мобильных устройств формата Ultra HD.

Переворот в сфере производства дисплеев происходит тихо и скромно у всех на виду. Важное нововведение скрывается за загадочной аббревиатурой IGZO, в которой зашифрованы элементы, используемые в новых тонкопленочных транзисторах: оксидиндия, галлия и цинка. Разработанные японским концерном электроники Sharp, IGZO-экраны демонстрируют преимущества в тех областях, где традиционные ЖК-мониторы достигли своих пределов. Речь идет об уровне плотности пикселей и поддержке разрешения Ultra HD. Новые дисплеи уже используются в различных устройствах, начиная со смартфонов (Sharp SH-06Е - 1920×1080 точек/460 ppi), планшетов (например, BungBungame - 2560×1600 точек) и заканчивая ноутбуками (Fujitsu Lifebook UH 90 - 3200×1800 точек). Решения IGZO встречаются ив мониторах и телевизорах, поддерживающих разрешение 4 К (ASUS PQ321QE вверху слева).

Какой это обеспечивает результат, показывает сравнение новейших планшетных ПК. Если открыть в iPad mini (1024×768 точек) и iPad 4 (2048×1536 точек) одну и ту же страницу в Интернете, то шрифт в iPad mini покажется расплывчатым, при уменьшении изображения буквы сливаются друг с другом, в то время как картинка в iPad 4 необычайно четкая. IPad использует не IGZO, а конкурентную технологию LTPS (Low Temperature Poly-Silizium, низкотемпературный поликристаллический кремний). Обе разработки хорошо подходят для высоких разрешений, но IGZO потребляет меньше энергии.

Три транзистора на каждый пиксель

В плоских мониторах тонкопленочные транзисторы скрываются за слоем жидких кристаллов и могут изменять их ориентацию. Благодаря этому они способны управлять каждым пикселем и определять количество света, которое пройдет в указанном месте. На один пиксель необходимо три транзистора, ведь каждый из них представляет собой сочетание трех субпикселей со светофильтрами трех основных цветов - красного, зеленого и синего. Ввиду того что транзисторы TFT непрозрачны, с увеличением плотности пикселей они должны уменьшаться, чтобы сохранить способность дисплея пропускать свет. Но их нельзя уменьшать бесконечно, потому что при этом возникает ток утечки, который приводит к повышенному энергопотреблению). Проблема традиционных транзисторов TFT заключается в используемом материале. В отличие от транзисторов CPU, они состоят не из кристаллического, а из аморфного кремния. Он идеален для массового производства, так как слой TFT-транзисторов можно наносить по всей площади стеклянной подложки без больших затрат. Но в сравнении с кристаллическим кремнием здесь наблюдается колоссальное снижение подвижности электронов (см. слева). Для дисплеев с обычным разрешением это не проблема, ведь транзисторам не нужно выполнять сложные вычисления, а всего лишь переключаться через короткие промежутки времени - каждые 16 мс при частоте 60 Гц.

Транзисторы ТFТ переключаются в тот момент, когда на затвор поступает напряжение. Канал открывается и электроны перемещаются от истока к стоку. В канале из аморфного кремния ввиду низкой подвижности электронов необходимо прилагать сравнительно высокое напряжение, чтобы электроны могли перемещаться по нему. Канал из IGZO, напротив, открывается даже при низком напряжении, благодаря тому что подвижность электронов здесь в пятьдесят раз выше.

IGZO: высокая плотность пикселей

При использовании поликристаллического кремния для получения высокой плотности пикселей (свыше 400 ррО появляется необходимость уменьшения транзисторов. Чем они меньше, тем больше ток утечки, а значит, электроны перемещаются по транзистору даже тогда, когда он выключен. Кроме того, через равные промежутки времени требуется выполнять обновление изображения, так как ток утечки может вызвать случайное переключение. В транзисторе с каналом из IGZO ток утечки в выключенном состоянии практически отсутствует, что не только экономит энергию, потому что необходимость в частом обновлении отпадает, - это еще означает, что устранены преграды на пути к созданию тонкопленочных транзисторов меньших размеров.

IGZO-диcплeи способны даже при отключенных транзисторах ТFТ в течение определенного времени сохранять содержимое экрана. По информации 81югр, теперь есть возможность «безболезненного» снижения частоты с 60 до 25 Гц. Кроме того, IGZO -экраны обрабатывают сенсорные команды точнее, так как обновление изображения создает помехи для сигналов сенсорного ввода. Несмотря на это, остается неясным, когда IGZO появится на массовом рынке. Пока что дисплеи Sharp используются в нишевых продуктах. Другие же производители делают ставку на дорогую технологию LTPS.

Источник: Журнал Chip

О грустном для классических персональных компьютеров – десктопов и ноутбуков – прогнозе на этот год, сделанном аналитиками IDC, мы говорили в колонке “ “. Напомним вкратце, что, по мнению International Data Corporation, поставки традиционной вычислительной техники в 2013 году упадут на 9,7%. Причины – коктейль из глобальной экономической ситуации (IDC делало прогноз ещё задолго до учинённого исполнительной и законодательной властями США шатдауна) и отсутствия принципиально новых возможностей, предлагаемых потребителю. Причём – возможностей наглядных, видимых невооружённым взглядом конечному пользователю.

Телевизор UltraHD по цене, конечно, ближе к микролитражке, но пожилым родителям в роли качественного окна в мир его покупают…

Мы ещё летом предполагали, что следующий виток потребительского спроса в информационных технологиях будет связан с внедрением стандарта 4K в бытовую электронику и потребительские устройства (“ “). С потребительским рынком – даже в губернских городах – всё в порядке. В паре ближайших магазинов электроники народ взирает на телевизоры формата UltraHD, а сибсы (в варварско-псевдонаучном наречии англосаксов этот социологический термин обозначает сестёр и братьев) скидываются на такой агрегат родителям на золотую свадьбу (стоит он в пересчёте на доллары примерно столько же, как в конце 90-х плазменная панель меньшей диагонали и несопоставимо меньшего разрешения). И демонстрируют снятый в 4К ролик с внуком, резвящимся на пляже Индийского океана (что потребовало привычки носить с собой штатив и пользоваться им). Пока это недешёвое удовольствие, но закон Мура никто не отменял, и панели UltraHD вскоре станут столь же общедоступны, как и обычные LED…

А вот теперь хорошие новости приходят от Dell Inc. – или как там её нынче надлежит называть после событий, связанных с её предстоящим buyout’ом (то ли выкупом бывшим владельцем Майклом Деллом, то ли реприватизацией). Это – третий (уступающий HP и Lenovo) из крупнейших вендоров вычислительной техники в мире. 51-е место в планетарном списке крупнейших компаний Fortune-500. Более ста тысяч работников. И вот анонсирован действительно приличный ноутбук. Это – Dell XPS 15 с дисплеем в 15,6 дюйма. И разрешение его уже ближе к стандарту 4K, нежели к нынешнему FullHD, которым вынуждены довольствоваться обладатели устройств такой диагонали, не желающие «мыслить инаково»… Оно – 3200×1800 пикселей (обозванное стандартом quad HD+, учетверённый HD+, то бишь 1600×900 пикселей).

В потребительском плане такой дисплей превосходит пресловутый Retina Display с разрешением 2880×1800 пикселей, которым гордились – и вполне заслуженно – и производители, и обладатели ноутбуков MacBook Pro, и приближается к качеству Nexus 7 образца 2013 года. Ну а картинка – это именно то, что видит потребитель и за что он готов отдать деньги… Нет-нет, на качество написанных текстов и на рентабельность организованного бизнеса разрешение экрана влияет не так уж сильно. Пушкин Александр Сергеевич гусиным пером писал, при дрожащем свете свечей, а где те, кто может с ним сравниться на просторах рунета, имея даже самую эргономичную клавиатуру и самый чёткий монитор… Только вот какое дело: привыкнув к работе с экраном качественным, потом уже пользоваться чем-то худшим психологически невозможно… Падение характеристик злит, даже если даёт выигрыш во времени автономной работы (не зря же встарь любили бумагу верже). Так что отделам сбыта есть что предложить потребителю, ну а потребителю остаётся выбрать время, когда нужное качество он сможет купить по той цене, которая покажется ему разумной…

Но возможности эти предложены технологией. Dell представила устройство, в котором применена технология действительно новая. Зовётся она IGZO. Это аббревиатура для нового полупроводникового материала. Оксида индия, галлия и цинка (In-Ga-Zn-O). Материал действительно нов. Всего лишь десять лет назад профессор Токийского технологического института Хидэо Хосоно (Hideo Hosono) создал первый прозрачный транзистор из кристаллического оксида индия, галлия и цинка. Год спустя было объявлено о первом гибком прозрачном транзисторе из аморфного оксида этого же материала. Запатентованы плёнки из оксида индия-галлия-цинка (IGZO-TFT) и их применение Японским научно-технологическим агентством (Japan Science and Technology Agency). В 2011 году лицензию приобрела Samsung, а в 2012-м – Sharp. Летом 2013 года на международной выставке SIGGRAPH 2013 Dell Inc. представила 32-дюймовый монитор UltraSharp 32. Dell UltraSharp 32 – это монитор на IGZO-матрице с разрешением Ultra HD: говоря в пикселях – 3840×2160, на дюйм приходится 140 пикселей, хроматическая гамма – 1,07 млрд цветов… Так что налицо полномасштабная тенденция к переходу на новую технологию.

Чем же хорош новый материал? Для начала вспомним, что экраны с плёнками из аморфного кремния, который он заменяет, впервые появились на ноутбуках субкомпактного класса. (В аморфное состояние кремний приходилось переводить из кристаллического потому, что стекло, на котором ему предстояло жить и работать, даже не честный твёрдый материал, а гнусная переохлаждённая жидкость…) Были такие устройства, предшествовавшие и по размерам примерно соответствующие нетбукам, но несопоставимо более дорогие, от двух тысяч долларов. Их девяти–десятидюймовые экраны по тем временам поражали чёткостью, заставлявшей тянуться к бумажнику. А у оксида индия, галлия и цинка есть одно свойство, которым он превосходит аморфный кремний. Зовётся оно подвижностью электронов (electron mobility). И вот в среде IGZO она в 40–50 раз больше, чем у аморфного кремния. Одним из параметров, по которому даже лучшие матрицы IPS безнадёжно уступают SuperAMOLED, является время переключения тонкоплёночных транзисторов. С помощью технологических ухищрений, гидратизации аморфного кремния (нет-нет, он не подмачивается, а просто насыщается водородом) положение исправляют, но не намного… А тут – прорыв. Экраны будут реагировать быстрее, а пиксели можно делать меньше по размеру. Изображение станет более естественным… Поэтому механизмы переноса электронов при создании IGZO-технологии исследовали очень тщательно: суть дела в них…

Так что в ближайшее время на рынок придёт целая гамма продуктов с совершенно иными – и, главное, наглядно совершенно иными – потребительскими свойствами. От 32-дюймовых мониторов до 7-дюймовых планшетов. Как же это повлияет на ИТ-отрасль в целом? Рискнём предположить, что это окажется действительно причиной вывода спроса на новый уровень. Ну, простейший случай планшет с дисплеем высокого разрешения. Нужен качественный контент, а он – объёмен (не только пропорционально росту числа пикселей, но и учитывая лучший динамический диапазон). Поэтому нужна будет более объёмная память. Значит – потребуется встраивать большее её количество…

Встроенной не хватит: полезно будет купить внешний накопитель с Wi-Fi. (Кстати, очень удобно, настроив Windows 8 на резервное копирование, сохранять данные, просто положив ноутбук рядом с таким накопителем…) Пиксель переключается быстро: нужен будет более новый процессор и новый, более качественный кодек, способные обеспечить полноценное использование новых возможностей – чтобы не вызывали раздражение своей заторможенностью… Контент где-то надо будет брать: потребуются более быстрые каналы передачи информации, вне зависимости от того, будет ли потребитель радеть о доходах правообладателей или поднимет Весёлого Роджера… Кстати, в последнем случае требования к толщине каналов повысятся: возможно, придётся употреблять всякие там “луковые браузеры” и прочие анонимные сети, съедающие часть пропускной способности на свою поддержку. Так что возникшая из головоломной физики твердого тела технология IGZO имеет хорошие шансы оказать в ближайшее время солидную поддержку ИТ-рынку.

Полупроводниковый материал IGZO получил своё название по первым буквам элементов, его составляющих, — индия, галия и цинка (Indium Gallium Zinc Oxide). Этот полупроводник можно использовать в качестве канала связи для прозрачных тонкопленочных транзисторов. Вполне возможно, что в скором будущем IGZO заменит собой кремниевые полупроводники в применении к ЖК-дисплеям. Электроны IGZO в 20-50 раз подвижнее электронов кремния. Это свойство дает возможность в разы уменьшить размеры пикселя и за счет их уплотнения получить более высокое разрешение экрана, чем HD, а также существенно снизить время отклика TFT-экрана. Транзисторам, выполненным по технологии IGZO, не нужно постоянно обновлять свое состояние во время показа статичной картинки, что позволяет снизить влияние интерференции от электронных составляющих дисплея и значительно уменьшить энергопотребление.

Аморфный кремний, который используется в современных дисплеях, является непрозрачным материалом, поэтому пленочные транзисторы, произведенные из него, полупрозрачны, то есть могут пропускать незначительное количество света. Транзисторы, изготовленные из IGZO более прозрачны, что позволяет улучшить качество изображения. К тому же, для воспроизведения картинки на экране требуется менее мощная подсветка, что, в свою очередь, снижает энергопотребление.

Перспективный полупроводник IGZO стал известен довольно давно, однако его потребление в массовом производстве задерживалось, так как многие компании не хотели брать на себя риски неоправданных вложений. В исследовательских лабораториях компании Sharp была проведена колоссальная работа по исследованию данного материала, и именно благодаря этой компании удалось вывести технологию IGZO в массовое производство TFT-панелей.

В поисках инвесторов Sharp демонстрировала свои дисплеи таким производителям электроники, как Lenovo Group, Dell, Hewlett-Packard. Новая технология произвела хорошее впечатление на компанию Apple, которая стала крупнейшим инвестором IGZO. Новая разработка не заставила себя долго ждать: яблочная компания применила технологию IGZO в своих планшетах iPad Air.

Серьёзным конкурентом IGZO можно назвать ещё одну новейшую технологию – LTPS (Low-temperature polycrystalline silicon) – низкотемпературный поликристаллический кремний. Полупроводник LTPS обладает большой скоростью движения электронов, которая превышает показатели IGZO. Дисплеи, изготовленные с применением данной технологии, имеют великолепное качество изображения и экономичное энергопотребление, однако их производство более дорогое и сложное, чем дисплеи с IGZO. Пожалуй, самым ярким на сегодняшний день примером применения LTPS является новый планшет Kindle Fire HDX, имеющий более совершенный дисплей, чем у iPad Air.

Раймонд Сонейра, представляющий компанию DisplayMate, сообщил, что дисплеи в iPad Air, изготовленные с IGZO, используют на 57% меньше энергии, чем его предшественник в iPad 4.Это огромный прорыв в данной отрасли. К слову сказать, дисплей Kindle Fire является ещё более энергоэффективным, имея коэффициент энергопотребления на 30% ниже, чем у Air.

IGZO отстает от LTPS по многим параметрам, но за счет более простого и дешевого производства может составить ему серьезную конкуренцию. Скорее всего, поликристаллический кремний будет применяться в дорогих устройствах высокого класса, а технология IGZO найдет свое применение в обычных смартфонах, планшетах, ноутбуках и так далее.

Через несколько лет, уже совсем скоро, можно будет приобрести, например, монитор для компьютера с дисплеем IGZO, имеющий разрешение Ultra HD, причем стоить он будет как обычный монитор.