Журнал `Компьютерра` №720

FERRMA: Плохо забытое старое

Автор: Юрий Ревич

Вести с мониторного фронта все больше напоминают репортаж великого русского критика В. В. Стасова с первой в истории Всемирной промышленной выставки 1851 года в Лондоне. Самым заметным экспонатом выставки Стасов посчитал монструозный Хрустальный дворец, усмотрев в нем новое чудо света, затмившее "печальные пирамиды египетских мертвецов и колизеи римлян".

Примерно в том же тоне современные СМИ пишут о CES 2008, самым примечательным экспонатом которой стал метровой ширины (и, судя по всему, такой же толщины) полукруглый проекционный дисплей Alienware Curve. Dell, пусть и неуспевшая как следует доработать аппарат к сроку (даже на репортажных фотографиях видны вертикальные "швы" на изображении), своего добилась, став, видимо, самым упоминаемым в связи с выставкой брэндом, а NEC, посмевшую через неделю по окончании мероприятия выставить тот же самый монитор под именем NEC CRVD-42DWX+, "акулы пера" немедленно обвинили в плагиате.

Тенденция писать исключительно о "самыхсамых" ("самых больших", "самых быстрых", "самых дорогих") явно показывает, что в области ЖК-технологий ситуация стала напоминать известный анекдот "ну, милая, еще капельку". Сдвиг в сознании пишущей братии, ранее считавшей своим долгом с сожалением вздохнуть по поводу "непревзойденного качества изображения ЭЛТ-мониторов", случился года два-три назад. В связи с выходом последних моделей профессиональных мониторов hi-end-класса от фирм-производителей LaCie и Eizo (например, FlexScan SX3031W от Eizo может абсолютно все, разве что не умеет летать) об этом качестве перестали вспоминать даже профессионалы, а великолепные монстры BARCO, когда-то ставшие вершиной и одновременно тупиком ЭЛТ-творчества, с ценой, зашкаливающей за шесть килобаксов, сейчас, говорят, можно купить на вторичном рынке дешевле приличного кухонного телевизора.

За эти два-три года произошло, по сути, только одно существенное изменение: заметно подтянулись по качеству бюджетные "офисные" модели, теперь лишь среди самых дешевых можно встретить нечто, при взгляде чуть сбоку или снизу начинающее синеть, желтеть или отдавать оттенком тряпки с посудомоечного отделения колхозной столовой. В остальном принципиальных сдвигов от ЖК-технологии, видимо, ожидать не приходится: NEC LCD2070NX, который автор этих строк восхвалял полтора года назад на страницах "ДК" (www.homepc.ru/2006/125/297136), и по сей день не сходит с конвейеров и остается одним из лучших в секторе "для продвинутых любителей" - разве что подешевел процентов на 15–20. Разумеется, я упоминаю именно эту модель лишь потому, что и сейчас пишу эти нетленные строки, не без удовольствия в нее уставившись, но характерно, что пяток ее конкурентов, близких по соотношению цена/качество, тоже следует искать среди анонсированных еще пару лет назад.

Поэтому буду рад, если ошибусь, утверждая, что революционных прорывов от ЖК-технологии ждать больше не стоит.

А тем временем недостатки последней (те самые, "о которых говорили большевики", ностальгирующие по ЭЛТ-монстрам) никуда не делись, и, кажется, деваться не намерены. К ним относятся чрезмерная контрастность, "зашарпленность" картинки (ну, в профессиональных hi-end-моделях ее отчасти преодолевают, вот только стоят те модели…), малые углы обзора (нормального для восприятия, а не по формальному контрасту 10:1, когда любой цвет становится неотличим от оттенка солдатского хэ-бэ четвертого срока носки) и большое, несмотря на все рекламные заявления, время отклика (не забудьте, что о дисплеях с декларируемыми временами отклика 0,2 мс в приличном обществе вслух не говорят).

Последнее свойство напрямую не препятствует, как часто пишут в обзорах, по-казу динамических изображений. Обычное кино имеет 24 кадра в секунду, то есть 20–30 мс отклика (реального, конечно) в принципе достаточно для показа фильмов, а характерные для большинства современных качественных дисплеев 6–8 мс уже удовлетворяют требованиям даже профессионального видеомонтажа. Фишка в другом: исследования показали, что человеческое зрение лучше приспособлено к четким стробоскопичным изображениям, которые следуют друг за другом с достаточной скоростью, нежели к постепенно перетекающим друг в друга размытым картинкам. В современные видеопроцессоры даже закладывают возможность синхронного выключения подсветки между кадрами или отображения каждого второго кадра темным - как показали эксперименты, это значительно увеличивает четкость, но обеспечить такой режим на ЖК-матрицах очень непросто. Понятно теперь, почему на всех пло-ских телевизорах в картинке, особенно эфирной, всегда что-то есть от пережатого по недосмотру JPEG?

Крупнейший органический недостаток ЖК-технологии заключается в том, что жидкие кристаллы не могут светиться самостоятельно. Причем ЖК - единственная такая технология для дисплеев, если не считать трафаретных табличек на матовом стекле с надписью "М" или "Ж", до сих пор встречающихся в общественных местах. Все остальные способы получения электронных изображений (кроме электронной бумаги), начиная с древних неоновых цифровых индикаторов, послуживших родоначальниками современной "плазме", используют элементы, которые светятся сами. Альтернативных дисплейных технологий наплодили столько, что впору удивляться, почему, кроме "плазмы", в наших домах и офисах мы так и не видим ни одной из них. "Плазму", как альтернативу ЖК, даже в области приема телевидения, не говоря уж о компьютерных делах, рассматривать невозможно - ее уделом остаются экраны в концертных студиях и на стадионах (благодаря, в том числе, почти уникальной способности работать при температурах до минус 60). Но есть и другие разрекламированные задумки, от давно не дающей покоя изобретателям идеи "каждому пикселу - по своей электронной пушке", воплощенной в технологии FED (Field Emission Display), до попыток реанимации электролюминесцентных дисплеев, физические принципы работы которых уходят корнями аж в начало ХХ века (советские настольные часы с тусклыми зеленоватенькими индикаторами помните?).

В этом ряду особые надежды издавна возлагались на органические светодиоды - OLED. В принципе, дисплей на светодиодах (не в качестве подсветки, а впрямую, как формирователей цветной триады субпикселов) мог бы быть идеальным устройством для демон-страции изображений: светодиоды дают очень чистые цвета во всем диапазоне видимого спектра, могут обеспечить высокую яркость, будучи, разумеется, совершенно черными в выключенном виде. Однако изготовить такой монитор почти нереально - практические конструкции не выходят за рамки светофорных указателей и информационных табло, вроде часов в метро. Многоцветная матрица из светодиодов потребляет чересчур много энергии, не говоря уж о цене такого устройства, а приемлемого разрешения добиться все равно не удастся, так как вырастить мелкие светодиоды на одной пластине невозможно.

Могу предположить (см. врезку), что проблемы, свойственные ЖК-технологии, OLED-дисплеи в ближайшем будущем не решат (по крайней мере, не решат в принципе). У ЭЛТ было одно свойство, которое резко отличает ее от всех остальных технологий: это способ формирования сигнала разверткой последовательности импульсов, каждый из которых соответствует одному пикселу изображения (то есть фактически ТВ-изображение было цифровым в пространственном отношении еще тогда, когда самого этого термина не существовало). Под это свойство даже пришлось подгонять стандарты ТВ. Поэтому там проблемы формирования последовательности "четких стробоскопичных изображений" и в помине не было - целиком изображения как такового в традиционном телевидении не возникает ни на каком этапе. В отличие от этого, способы формирования изображения на матрице любой природы, по сути, есть запись в память последовательности цельных растровых картинок, и для изображений динамических не удастся обойтись без промежуточных преобразований. Кстати, по указанным причинам ТВ-приемники всегда были плохими мониторами и наоборот. И как бы ни старались производители размыть границу между этими устройствами, телевизор пока остается телевизором, а монитор - монитором.

Мы с коллегой по "Домашнему компьютеру" Денисом Степанцовым (как и некоторые авторы "КТ") полтора-два года назад предрекали большое будущее ЖК-матрицам, совмещенным со светодиодной подсветкой (вместо неэкономичных, плохо управляемых и "не совсем белых" люминесцентных ламп), но, кажется, воз и ныне там. Что-то у производителей не сложилось, если и сейчас в линейке мониторов SpectraView Reference 21 той же NEC стоит один-единственный LCD2180, анонсированный еще на CeBIT 2003. Долго пугала "светодиодными" мониторами Samsung, которая всегда впереди планеты всей хоть в пылесосах, хоть в дисплеях, но что-то среди наиболее рекламируемых на сайте этой фирмы моделей я так ни одного с LCD-подсветкой и не вижу. Проблемы разработчиков понятны: тот же Reference 21 имеет всего 48 светодиодов в матрице подсветки (и, кстати, не белых, а трехцветных), но при этом весит 18 кило за счет огромного радиатора для их охлаждения (вы, кажется, говорили об экономичности?). Да и процессоры далеко не всех, мягко говоря, современных дисплеев хорошо справляются с основными задачами (например, с преобразованием чересстрочного ТВ-сигнала в прогрессивный мониторный, особенно если последний HDTV-формата), - а тут предполагается их еще и нагружать задачей динамического управления матрицей подсветки, без чего "светодиодная" технология почти перестает отличаться от обычной люминесцентной. Так что понятно, почему LaCie и Eizo светодиодной подсветкой заморачиваться не стали.

Поэтому вопрос с динамическими изображениями принципиально решится тогда, когда все плоские экраны смогут манипулировать картинкой в реальном времени с лихостью электронного луча, обегающего экран традиционного кинескопа. И лимитирующий фактор здесь далеко не одно лишь время отклика матрицы - вы только представьте, через сколько преобразований проходит видеоклип в формате MPEG4, пока сформируется в последовательность несжатых растровых цветных 2-мегапиксельных (как и положено для HDTV) изображений со скоростью 60 штук в секунду. И это еще худо-бедно решается - кино для нас, как известно, важнейшее из искусств по количеству прибыли на душу производителя. Но не меньше, если не больше проблем возникает при переводе всех этих многочисленных PAL/SECAM/NTSC (всего их несколько десятков, если учитывать традиционные ТВ-стандарты не только кодирования, но и передачи сигнала, а также цифровое HDTV) в те же самые расжатые растровые картинки в буфере дисплея. Будем надеяться, что тут мы находимся только в начале пути.

Не существовало для ЭЛТ и проблемы "зашарпленного" изображения и углов обзора, которые перейдут по наследству к OLED и другим матричным технологиям (e-paper поставим отдельно - как замену обычной бумаге; тут она, несомненно, свое возьмет). Поэтому осмелюсь обратить ваше внимание на одну набирающую обороты технологию, которая потенциально может послужить заменой ЭЛТ, сохранив ее достоинства и объединив их с достоинствами технологий полупроводниковых на новом уровне. Это - лазерное телевидение.

В отличие от обычных LED, OLED всех нужных цветов и в нужном количестве могут быть сформированы на одной подложке, но все упирается в химию: органические соединения нестойки, могут деградировать со временем и в результате взаимодействия с кислородом воздуха. Срок их службы ограничен (для синих пока не превышает 10 тысяч часов, что приемлемо для мобильных телефонов, но слишком мало, например, для ноутбуков). В результате ситуация с этой технологией начинает напоминать ту, что сложилась с электронной бумагой (e-paper, которую в Штатах чаще называют "электронные чернила", e-ink), - ежеквартально из десятков лабораторий мы получаем победные реляции, а мировая революция как откладывалась на конец очередного "следующего года", так и откладывается. И даже проблемы у OLED с электронной бумагой похожие: кроме всего прочего, изображение надо сформировать. Чтобы сделать это с матрицей OLED, на нее, как и на обычные ЖК-ячейки, нужно наложить матрицу тонкопленочных транзисторов (TFT) и объединить последнюю с управляющими схемами. Ясно, что такой подход плохо сочетается с органической матрицей - делать управляющие транзисторы и микросхемы из органики пока не научились, эта проблема, пожалуй, еще сложнее, чем собственно сформировать матрицу OLED, - а кремнийорганический гибрид выходит дорогим и сложным в производстве. Аналогичная ситуация и с e-paper, главное достоинство которой - сверхмалое потребление - теряется, как только дело доходит до обвязки из формирующих изображение схем. В результате за десятилетие активной разработки на рынке появилось всего несколько устройств на основе той и другой технологии, к тому же в довольно узких областях: для e-paper это воспетая Козловским читалка Sony Reader с ее аналогами, а для OLED - сравнительно недавно (в октябре 2007-го) поступивший в продажу 11-дюймовый телевизор от той же Sony. Вездесущая Samsung, правда, выставила на CES 2008 опытную модель с диагональю 31 дюйм, но обещала начать промышленное производство OLED-телевизоров среднего и крупного размера лишь ближе к 2010 году.

А за это время всякое может случиться - когда-нибудь OLED-технологию, возможно, и "добьют", только нет уверенности, что компромиссы на этом пути не заставят "поступиться принципами" настолько, что пользователь мало что выиграет. В 2004-м Canon и Toshiba уже трясли перед общественностью совместным предприятием SED Inc. по производству FED-панелей (в интерпретации Canon - SED) и собирались в 2006 году выпустить около 3 тысяч 50-дюймовых панелей такого типа. И где они, эти панели?

Идея лазерного дисплея проста и изящна: берется схема обычного кинескопа, и вместо трех электронных пушек, формирующих каждая свое изображение одного из трех основных цветов, ставятся три лазера соответствующего цвета. При этом конструкция предельно упрощается: отпадает необходимость в экологически грязных люминофорах, в высоком напряжении, становится не нужен вакуум и дорогая апертурная решетка, изображение можно проецировать хоть на собственный экран устройства, хоть на стенку. Лазеры дают очень чистые спектральные цвета и с высокой концентрацией энергии в пучке (расхождение лазерного луча - несколько угловых секунд), поэтому, даже если луч будет обегать большую поверхность, для достижения достаточной яркости не требуется большой мощности, а инерционность светового луча наименьшая из теоретически дос тижимой.

Все здорово, кроме одного: световой луч, в отличие от электронного, не управляется магнитными и электрическими полями. Поэтому идея забуксовала на стадии вопроса о том, как осуществлять развертку, и решение этого вопроса заняло у разработчиков почти пятьдесят лет. В начале текущего десятилетия немецкая фирма Schneider Laser Technologies AG совместно с Carl Zeiss выпустила проекционную лазерную установку под названием ZULIP (Zeiss Universal LaserImage Projektor), специально разработанную для планетариев. В принципе, ее можно приспособить для демонстрации любого изображения на очень больших поверхностях. Установка потребляла 2–4 кВт, формировала изображение из 48 тысяч строк, имела разрешение, превышающее HDTV (1920х1080), и не требовала наводки на резкость (лазерный луч дает резкое изображение независимо от расстояния, даже на кривой поверхности).

В этой установке интересны два технологических нюанса: во-первых, "лобовое" решение проблемы развертки с помощью механического вращающегося зеркала, как в пионерских системах телевидения конца XIX - начала ХХ века. Разумеется для монстра ZULIP это вполне приемлемо, но уменьшать размеры такого устройства можно лишь до некоторого предела. Куда интереснее "во-вторых": в этом проекторе впервые в таких масштабах использовались полупроводниковые лазеры (обычные газовые слишком велики для подобных систем).

Проблема полупроводниковых лазеров в том, что получить достаточно мощное устройство можно лишь в красной и инфракрасной области спектра. Для формирования зеленого и голубого лучей использовалось умножение частоты инфракрасного лазера вдвое путем пропускания его излучения через специальные кристаллы, обладающие нелинейными оптическими свойствами (NLO). Таким образом, например, из лазера с длиной волны 920 нм, изготовить который не составляет труда, можно получить голубой луч (460 нм), а из лазера 1064 нм - зеленый (532 нм).

Все это хозяйство неплохо работало в планетариях (наверное, и сейчас работает), но для массового производства решительно не годится. Дело сдвинулось с мертвой точки лишь в 2005 году. К тому времени американская фирма Novalux сумела решить вопрос о производстве полупроводниковых (точнее - гибридных, включающих, кроме лазеров, и кристаллы NLO) структур для получения лазерного излучения всех трех цветов, а австралийская Arasor сконструировала оптоэлектронный чип, объединяющий в себе прерывател ь лазерного излучения и микрозеркальный принцип развертки. Это позволило, наконец, создать на основе мощностей Mitsubishi прототип нормального лазерного телевизора, впервые показанный в октябре 2006-го в Сиднее. Подготовленный к выпуску образец, демонстрировавшийся на CES 2008, имел диагональ 65 дюймов (больше полутора метров) при глубине корпуса всего 9 дюймов (23 см). Срок службы - более 20 тысяч часов. Год назад обещали выпустить такие панели к Рождеству-2007, теперь же дату перенесли на 2008-й.

Однако несмотря на задержки, технология обещает стать лучом света в темном царстве. Пока готовятся к выпуску большие (от 40 дюймов) панели в замену "плазме", но, по утверждению разработчиков, технология легко масштабируется в обе стороны (в сторону увеличения - вплоть до экранов кинотеатров), позволяет полностью решить проблему "черного цвета", имеет цветовой охват до 90% всех оттенков, доступных глазу (обычные sRGB-устройства дают всего около 40%), и свободна от проблем с временем отклика (за исключением связанных с видеопроцессорами - обработчиками сигнала) и углами обзора. Ну, как говорится, поживем - увидим.

Советские изобретатели решили проблему лазерного телевидения по-своему. Идея была в том, чтобы в конструкции кинескопа заменить люминофор мишенью из полупроводниковых лазеров трех цветов, генерирующих свет под воздействием все того же электронного пучка. Такие устройства окрестили квантоскопами. Маломощные лазеры разных цветов не требуют ухищрений в виде умножителей частоты, но изобретатели уперлись в три препятствия - для возбуждения лазеров полупроводниковой мишени требовалось очень высокое напряжение (порядка 65 кВ), гораздо более высокий вакуум, чем обычно, а также глубокое охлаждение. Слово "глубокое" в данном случае имело самый прямой смысл: как охлаждение до минус 120–190 градусов по Цельсию. Ведь известно, что полупроводники излучают свет тем лучше, чем ниже температура (это долго служило преградой в том числе и для производства обычных светодиодов в коротковолновой части спектра), и капризные синие и зеленые лазеры при комнатной температуре работать отказывались.

Вы не поверите, но над этой "кривой" (если не выразиться сильнее) идеей, согласно некоторым источникам, работали чуть ли не все ведущие радиотехнические предприятия Советского Союза. Гора родила мышь: к началу 1990-х лучшие установки имели встроенные средства охлаждения и поддержания вакуума, отчего потребляли 3–4 кВт, весили 500 кг и при всем при этом имели срок службы всего 1 тысячу часов. В конце 1990-х в НИИ "Платан" чего-то удалось добиться: были получены небольшие (с диаметром мишени 50 мм), работающие при комнатной температуре квантоскопы, рассчитанные для проецирования изображения на экран до 30–50 кв. м, но поезд ушел - они уже никому не были нужны.