TFT-LCD-дисплеи Ortustech: обзор продукции, технологические особенности и области применения

Компания Ortus Technology (Ortustech) образована 1 апреля 2010 года в результате объединения бизнеса по TFT-LCD-дисплеям компании Casio Computer Co., Ltd и известной японской печатной компании Toppan Printing Co., Ltd для разработки, производства и продажи TFT-LCD-дисплеев малых и средних размеров [1]. Таким образом, Ortustech является преемником подразделения TFT-LCD-дисплеев Casio и правообладателем всех патентов и технологий производства TFT-матриц, а также богатого опыта Casio, накопленного с начала выпуска TFT-LCD-дисплеев в 1994 году. А от Toppan компания Ortustech унаследовала все наработки в области изготовления пленок цветных фильтров для TFT-матриц, антибликовых, антиотражательных пленок и многих других компонентов для производства ЖК-дисплеев. Все это позволило Ortustech вывести на рынок TFT-LCD-дисплеи, уникальные по своим характеристикам и свойствам матрицы, серию Blanview и ее дальнейшую генерацию — New-Blanview.

В компании, имеющей головной офис в Токио, насчитывается около 400 сотрудников, есть две производственные фабрики: одна полного цикла в Японии, сертифицированная по стандартам ISO9001/14001 (стандарты системы менеджмента качества и системы экологического менеджмента в организации) и ISO/TS16949 (стандарт системы менеджмента качества в организации, занятой в автомобильной промышленности), и вторая в Малайзии, сертифицированная по стандартам ISO9001/14001. В настоящий момент компания выпускает TFT-LCD-дисплеи с диагональю 2–10 дюймов и к 2019–2020 гг. планирует расширение производственных мощностей и выход стандартных моделей с диагональю до 15″.

Прежде всего, дисплеи Ortustech отличаются большим разнообразием промышленных применений (рис. 1), где от подобного устройства требуется высокое качество, стабильное функционирование в широком диапазоне рабочих температур, высокие показатели надежности, длительный срок службы и нахождение дисплея в производстве на протяжении как минимум пяти лет. Помимо перечисленных факторов, основными достоинствами дисплеев Ortustech серии Blanview являются отличная читаемость дисплеев при использовании не только в помещении, но и под прямыми солнечными лучами, а также очень низкое энергопотребление. Согласно отчету института Fuji Chimera Research за 2017 год, в сегменте индустриальных TFT-LCD-диспле-ев малых и средних размеров (с диагональю до 10″) компания Ortustech занимает первое место в мире по объему продаж таких дисплеев для промышленного применения.

Рис. 1. Индустриальный дисплей Ortustech 5,7″ COM57H5M64KSC

Кроме того, дисплеи Ortustech широко распространены в автомобильном производстве, медицинской технике, авиационной промышленности, радиолокационных радарах, аппаратуре телерадиовещания, носимых радиостанциях, системах мониторинга, навигационном оборудовании, кассовых аппаратах, системах безопасности и потребительской электронике (рис. 2).

Рис. 2. Области применения дисплеев Ortustech

Стандартные TFT-LCD-матрицы Ortustech типа Transmissive

Для начала ознакомимся с линейкой стандартных индустриальных TFT-LCD-дисплеев типа Transmissive, на рынке ЖК TFT-матриц их подавляющее большинство. Эти дисплеи работают на просвет исключительно за счет подсветки и предназначены в основном для использования в помещениях. Основные характеристики матриц Ortustech этой серии представлены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, большая часть дисплеев со стандартными типоразмерами имеет широкое распространение для разного рода промышленных применений. Поэтому все указанные в таблице 1 дисплеи функционируют в рабочем температурном диапазоне –20…+70 °C и при температуре хранения –30…+80 °C. Кроме того, все модели, за исключением COM20T2N52, COM41T4N05 и COM50T5M78, характеризуются широкими углами обзора (80°) со всех сторон.

Рис. 3. Пример области применения дисплея COM20T2N52 (546 ppi)

Модели Ortustech с высоким ppi для специализированных применений

Из линейки стандартных матриц трансмиссивного типа (табл. 1) выделяются две специализированные модели с высокой плотностью пикселей — COM20T2N52 и COM96T9M02. 2‑дюймовый дисплей COM20T2N52 имеет разрешение 960×540 пикселей и плотность пикселей 546 ppi соответственно. Столь высокое разрешение и высококачественная матрица позволяют использовать данную модель в качестве дисплея, например, медицинского видеоэндоскопа (рис. 3), применяемого при проведении хирургических операций, или промышленного видеоэндоскопа для визуального осмотра труднодоступных мест. Другие актуальные применения модели — дисплей видоискателя вещательной камеры, дисплей цифрового прицела и т. д.

Вторая модель с ультравысоким разрешением — 9,6‑дюймовый COM96T9M02 с разрешением 4K (3840×2160 пикселей) и плотностью пикселей 458 ppi. Дисплей характеризуется высокими параметрами яркости 500 кд/м², контрастности 700:1 и широкими углами обзора по 80°. Такую матрицу можно рассматривать, в частности, как дисплей монитора профессиональной видеокамеры (рис. 4).

Рис. 4. Пример применения дисплея COM96T9M02 (458 ppi)

Серия дисплеев Blanview

Основную линейку TFT-LCD-дисплеев компании Ortustech составляют дисплеи серии Blanview и ее новой генерации New-Blanview. Среди основных технологических особенностей Blanview-дисплеев можно отметить применение технологии HAST (Hyper Amorphous Silicon TFT) [2].

Известно, что проблема аморфного кремния, из которого делают на стекле транзисторы для TFT, заключается в малой подвижности электронов. Аморфный кремний имеет большое сопротивление, что приводит к большой площади транзистора и невысокому разрешению в силу ограничения максимального протекающего тока.

Специалисты Ortustech сделали Hyper Amorphous Silicon с очень высокой подвижностью электронов, что позволило значительно уменьшить габариты транзистора и, соответственно, толщину непрозрачной апертурной решетки. Таким образом, удалось добиться значительного улучшения прозрачности панели, или, другими словами, увеличения показателя aperture ratio — отношения прозрачной площади к непрозрачной решетке в пикселе (рис. 5). Все это, во‑первых, позволяет при меньшей яркости подсветки достичь той же яркости на поверхности матрицы, которую другие производители получают за счет более яркой подсветки. В результате можно говорить о том, что подсветка Blanview-дисплеев потребляет гораздо меньше энергии, чем подсветка TFT-LCD-дисплеев других изготовителей. Во‑вторых, поскольку транзистор меньше, решетка тоньше, то при том же aperture ratio пиксель получается меньше. Иначе говоря, это позволило Ortustech сделать Blanview-дисплеи с большим разрешением.

Рис. 5. Сравнение традиционной TFT-матрицы и матрицы HAST для дисплея Ortustech 2,4″ QVGA TFT

Преимущество дисплеев Blanview (рис. 6) заключается в том, что они характеризуются отличной читаемостью как при использовании в помещении (дисплеи типа Transmissive), так и при эксплуатации на улице в условиях солнечного света (дисплеи типа Transflective) Если сравнить читаемость разных типов дисплеев под прямыми солнечными лучами, то у дисплеев типа Blanview она будет лучшей (рис. 7). Понятно, что у дисплеев типа Transmissive читаемость на солнце очень низкая из-за отсутствия отражательных свойств у его ЖК-матрицы. Применять такие дисплеи на улице нецелесообразно. Дисплеи Transflective читаемы на солнце, но при этом появляется эффект муара, когда на экране начинают переливаться разные цветовые оттенки (рис. 7). Если же мы говорим о дисплеях Blanview, то их отлично видно на солнце с сохранением хорошего качества отображения картинки.

Рис. 6. Особенности дисплеев Blanview

Поясним, что и Transflective LCD, и Blanview LCD имеют в составе TFT-матрицы отражательные элементы — микро-зеркала, представляющие собой специальную металлизацию на транзисторах. У Transflective LCD возникновение эффекта муара на солнце связано с явлением дисперсии света на микро-зеркалах. У Ortustech площадь микро-зеркал в Blanview LCD меньше, и они имеют особую структуру, что позволяет исключить эффект муара при использовании Blanview LCD на солнце.

Рис. 7. Сравнение разных типов TFT-LCD при наибольшей солнечной освещенности (100 000 люкс)

Полный перечень дисплеев Blanview и их основные характеристики представлены в таблице 2. Видно, что часть дисплеев построена на основе ЖК-матриц типа VA. Но даже те Blanview-дисплеи, которые выполнены на основе обычной ЖК-матрицы TN-типа, имеют углы по 80° со всех сторон за счет применения специальных пленок, расширяющих углы обзора. Показательным является малое энергопотребление подсветки дисплеев, что отражено в последнем столбце таблицы 2.

Практически для всех моделей Blanview-дисплеев с диагональю от 2,7″ есть опция заказа дисплея с резистивным сенсорным экраном. Также предлагается изготовление заказной сборки дисплея с емкостным сенсорным экраном.

New-Blanview-дисплеи Ortustech

Дисплеи Blanview Ortustech получили дальнейшее технологическое развитие — улучшено светопропускание и отражательные свойства ЖК TFT-матрицы, а также значительно усовершенствована цветопередача. Таким образом, производитель представил новую генерацию Blanview-дисплеев под наименованием New-Blanview. Как и в предыдущей серии, дисплеи New-Blanview отличаются отличной читаемостью как на солнце, так и в помещении (рис. 8).

Рис. 8. Дисплей New-Blanview 7″: а) на улице; б) в помещении

Рис. 9. New-Blanview LCD

Все технологические нововведения были направлены на максимально эффективное использование подсветки матрицы и внешнего освещения (рис. 9). Как следствие, новая серия дисплеев New-Blanview получила улучшенную читаемость дисплеев на солнце и одновременно снижение энергопотребления. Для сравнения на рис. 10 показано, как в ясную солнечную погоду читается одна и та же картинка на дисплее Transmissive (слева) и New-Blanview (справа), оба устройства от Ortustech. Если сравнивать New-Blanview-дисплеи Ortustech с AMOLED-дисплеями, то и здесь New-Blanview-дисплей будет лучше читаться на солнце, а их экономия в энергопотреблении больше чем на 50% по сравнению с AMOLED Samsung (для дисплеев с диагональю 4,3″ WVGA).

Рис. 10. Transmissive и New-Blanview LCD при солнечной освещенности 100 000 люкс

Все технологические достижения серии New-Blanview реализованы для дисплеев с большей полностью пикселей, поэтому в новой линейке представлены дисплеи с высоким разрешением (табл. 3).

Практически все модели дисплеев New-Blanview имеют портретную ориентацию, за исключением ландшафтных новых моделей WVGA 5″ COM50H5N01ULC и 7″ COM70H7M24ULC. Абсолютно все дисплеи выполнены на основе ЖК-матриц VA-типа, поэтому модели New-Blanview имеют высокий контраст и минимальные углы обзора по 80° со всех сторон.

Основные оптические параметры матрицы для дисплеев New-Blanview в меньшей степени зависят от окружающего освещения в сравнении с матрицами дисплеев типа Transmissive и Transflective. Это подтверждается графиками на рис. 11, где показаны кривые изменения контрастности, яркости, цветопередачи (показатель NTSC, %) в зависимости от условий окружающей освещенности для разных типов дисплеев.

Рис. 11. Сравнение оптических показателей разных типов матриц в зависимости от окружающей освещенности (на примере дисплея 4,3″ WVGA):
а) эффективная яркость;
б) контрастность;
в) показатель NTSC

Как уже было показано на рис. 7 и 10, дисплеи Blanview и New-Blanview значительно лучше читаются на солнце, чем дисплеи прочих типов. В этом заключается одно из их основных преимуществ. Второе достоинство дисплеев Blanview и New-Blanview состоит в малом энергопотреблении (а именно в значительно меньшем энергопотреблении подсветки упомянутых серий дисплеев Ortustech в сравнении с дисплеями других производителей). В качестве примера сравним энергопотребление подсветки Blanview и New-Blanview дисплеев Ortustech с дисплеями Transmissive и Transflective других производителей (табл. 4).

Видно, что при сопоставимых значениях яркости дисплеи Ortustech оказываются в 2–4 раза экономичнее с точки зрения энергопотребления подсветки. Эта особенность дисплеев New-Blanview имеет большое значение при выборе модели для переносного устройства с батарейным питанием.

Дисплеи Blanview и New-Blanview с широким температурным диапазоном

Из линейки стандартных дисплеев Blanview можно выделить модели, предназначенные для жестких условий эксплуатации при низкой температуре окружающей среды (табл. 5). Отличительными особенностями данных модулей также являются подсветка с длительным сроком службы и высокие показатели яркости. Данные TFT-LCD модули подойдут для применения в авиационной и нефтегазовой промышленности.

Следует отметить, что последняя модель COM70H7M24ULC с диагональю 7″ (рис. 12) отличается высокой вибростойкостью 6,8G, и, учитывая остальные характеристики, можно рекомендовать ее к применению в качестве дисплея мультимедийной системы в автомобиле, дисплея в строительной или сельскохозяйственной технике, в промышленном контроллере или панелях оператора уличного исполнения.

Рис. 12. Индустриальный New-Blanview-дисплей COM70H7M24ULC

Заключение

Компания Ortustech хорошо известна на рынке дисплеев для промышленных применений. Свою репутацию она завоевала изготовлением высококачественных надежных индустриальных TFT-LCD-дисплеев с долгим жизненным циклом от пяти лет. Стоит добавить, что в случае снятия определенной модели с производства Ortustech предлагают ей замену, которая не потребует от разработчиков оборудования вносить изменения в конструкцию, поэтому дисплеи Ortustech подходят для применения в длительном проекте. Также компания ориентирована не только на крупные, но и на мелкие проекты, а потому есть возможность заказа дисплеев Ortustech небольшими партиями.

Уникальные технологические особенности TFT-LCD-дисплеев — отличная читаемость на солнце моделей линеек Blanview и New-Blanview и их сверхнизкое энергопотребление — делают их привлекательным решением при выборе дисплея для уличного использования в устройствах, работающих от аккумулятора. Поэтому дисплеи Ortustech широко применяются в приборах неразрушающего контроля, геодезическом оборудовании, портативных радиостанциях, электрокардиографах и переносном промышленном оборудовании различного назначения. За счет высоких светоотражающих характеристик дисплеи можно использовать на солнце без подсветки, значительно продлевая время работы устройства от батареи.

Компания Ortustech предлагает широкую линейку моделей типа Transmissive и Blanview со стандартными для TFT-LCD-матриц размерами и разрешением, не имеющих аналогов по своим параметрам. Спектр применения дисплеев многообразен: промышленное оборудование, медицинская электроника, радиоавионика, автомобилестроение, судоходный транспорт, системы безопасности, измерительное оборудование и многое другое. Компания также постоянно совершенствует технологии производства, выпуская TFT-LCD-дисплеи, отвечающие самым высоким требованиям.

Статья была опубликована в журнале «Компоненты и технологии» №8’18.