Чипы для нового зрения
Лауреаты премии Москвы о производстве OLED-микродисплеев
В условиях глобальных технологических вызовов создание собственной компонентной базы становится вопросом национального суверенитета. Одна из ключевых и сложнейших задач — разработка OLED-микродисплеев, компактных экранов для устройств нового поколения. Эту задачу успешно решает междисциплинарная команда АО «НИИМЭ».
OLED-микродисплей
Фото: Предоставлено АО «НИИМЭ»
OLED-микродисплей
Фото: Предоставлено АО «НИИМЭ»
Ведущие инженеры-конструкторы, выпускники МИЭТ Антон Новиков и Ольга Загидуллина стали ключевыми исполнителями проекта создания и внедрения в производство первой в России широкой номенклатуры таких дисплеев. За эту работу они были удостоены премии Правительства Москвы молодым ученым. В интервью «Ъ-Науке» они рассказали, как налажено полное производство «от кристалла до органической пленки» в Москве, какие разрешения уже доступны серийно и когда устройства с российскими дисплеями появятся в шлемах VR, медицинской технике и носимой электронике.
— Что подразумевается под «широкой номенклатурой»? Какие ключевые модели представлены и под какие задачи они заточены? Например, отдельно для VR, для AR-очков, для медицинских эндоскопов.
— До недавнего времени в РФ интегральные схемы микродисплеев как конечные изделия не производились. Микродисплеи импортировались из-за рубежа. Для повышения технологического суверенитета РФ Минпромторгом была поставлена задача по разработке изделий такого класса для прямого импортозамещения ряда микросхем. В настоящий момент доступен комплект микродисплеев с разрешениями: 640х512, 800х600 и 1280х1024 пикселей. Отличие между моделями микродисплеев состоит в количестве активных пикселей и, как следствие, в качестве изображения, геометрических размерах и потребляемой мощности. Архитектура, заложенная в микродисплеи, позволяет адаптировать их под любые применения: дисплеи телефонов, портативные устройства, цифровая аппаратура медицинского назначения, компактные (портативные) осциллографы (переносные малогабаритные приборы для визуализации, измерения и анализа электрических сигналов, предназначенные для работы в полевых условиях, сервисных центрах или для диагностики автомобилей; сочетают в себе функции осциллографа и мультиметра, часто имеют сенсорный дисплей, встроенный аккумулятор и высокий уровень автономности), бытовые и кухонные приборы. Все зависит от конкретной задачи и программистов.
— На каком технологическом уровне находится производство этих OLED-микродисплеев? Это опытные образцы, мелкосерийное или готовое серийное производство?
— До выхода на серийное производство устройство проходит стадии экспериментального образца — это полная функциональная версия будущего устройства и опытного образца, когда экспериментальный образец проходит все этапы тестирования, испытаний, валидации в кремнии и готов к серийному производству. Эта работа велась именно с целью организации серийного производства микродисплеев на мощностях отечественного полупроводникового производства АО «Микрон». Микродисплей 1280х1024 уже находится в серийном производстве. А микродисплеи 640х512 и 800х600 сейчас в производстве на стадии опытных образцов.
— Каковы самые передовые технические характеристики разработки?
— Перед нами не ставилась задача вывода нового передового устройства на рынок и была скорее продиктована требованием к импортозамещению необходимых микросхем и изделий в условиях дефицита и/или отсутствия доступа к требуемым изделиям. Именно эта задача и была решена с помощью разработки и изготовления серии микродисплеев отечественного производства. Разработка соответствует зарубежным аналогам, а по отдельным параметрам даже превосходит их. Микродисплей 1280х1024 полностью замещает по функционалу и характеристикам микросхему компании eMagin (США) EMA-100502. Для микродисплеев 640х512, 800х600 добавлены шесть специальных режимов формирования изображения.
Ведущие инженеры-конструкторы, выпускники МИЭТ Антон Новиков и Ольга Загидуллина
Фото: Предоставлено АО «НИИМЭ»
Ведущие инженеры-конструкторы, выпускники МИЭТ Антон Новиков и Ольга Загидуллина
Фото: Предоставлено АО «НИИМЭ»
— Используется ли отечественная технологическая база (стэки) для производства или есть зависимость от иностранного оборудования / материалов на каких-либо этапах?
— Цель работы состояла в том, чтобы полностью локализовать создание микродисплеев на территории РФ, и она достигнута. И разработка, и изготовление изделий полностью выполняются на предприятиях Москвы. Изделия сложные, поэтому за разные этапы создания микродисплеев отвечают разные предприятиями: разработка СБИС управления (российская облачная экосистема сервисов для автоматизации и управления бизнесом: от бухгалтерии и электронного документооборота (ЭДО) с контрагентами и госорганами, сдачи отчетности до CRM, складского учета, работы с маркировкой и участия в торгах) ведется силами НИИМЭ (ведущий российский научно-исследовательский центр по проведению научно-технологических исследований в области микро- и наноэлектроники), изготовление и измерения происходят на заводе «Микрон», а напыление органических пленок производится в Центральном научно-исследовательском институте «Циклон».
— Для каких конкретных гражданских устройств и проектов эти дисплеи уже проходят интеграцию или тестирование?
— Прежде всего мы технические специалисты, и наша основная задача — это обеспечение заданных технических характеристик и качества самих микродисплеев. В настоящий момент мы сосредоточены на успешном прохождении опытных образцов для вариантов 640х512, 800х600 (то есть опытные образцы данных типов дисплеев находятся на этапе изготовления и подготовки к испытаниям). Результаты, полученные на этапе анализа экспериментальных образцов, обнадеживающие и дают основания для ожидания успешного результата. После этого разработчикам аппаратуры будет доступно все семейство, а не только микродисплей 1280х1024, который испытания уже прошел. Оценки интеграции ведутся, в основном пока это носимые шлемы. На это тоже требуется время, так как системы, использующие в своей архитектуре, достаточно сложные и быстрый результат ожидать сложно. Надеемся, в следующем году можно будет увидеть уже реальные гражданские устройства, в составе которых будут наши микродисплеи.
OLED-микродисплей
Фото: Предоставлено АО «НИИМЭ»
OLED-микродисплей
Фото: Предоставлено АО «НИИМЭ»
— Позволяет ли данная разработка создавать устройства, которых раньше не было на российском рынке из-за отсутствия компонентной базы?
— Конечно. Но тут лучше говорить, не о компонентной базе как отдельных активных элементах интегральной схемы, а про более высокий уровень — отсутствие макроблоков. По сути, микродисплей — это макроблок для разработчиков аппаратуры (носимой или стационарной), который может быть интегрирован в изделия более высокого уровня. Теперь эти макроблоки доступны для разработчиков аппаратуры РФ.
— Помимо VR/AR и медицины какие еще ниши гражданского применения рассматриваются как наиболее перспективные? Например, профессиональная оптика, системы управления дронами, носимые устройства.
— Потенциальных направлений для применения бесконечно много: все, что вы назвали, и все, что еще может появится в ближайшей перспективе, все, из чего можно сформировать изображение статическое или динамическое (системы наблюдения, системы ИИ, основанные на обработке и выделении части потока данных для быстрой демонстрации, системы обучения, построенные на новых принципах работы с видеоданными, и т. д.), в первую очередь в носимых или мобильных устройствах, в которых требуется формирование изображения с минимальными энергозатратами.
— Какие основные вызовы и барьеры предстоит преодолеть для массового внедрения этой номенклатуры?
— Основные вызовы и барьеры преодолены: микродисплеи были изготовлены, идет подготовка к серийному производству. В данном случае скорее стоит говорить о новых вызовах и задачах с учетом полученного опыта: дальнейшее расширение линейки дисплеев, проектирование новых микродисплеев с дополнительным функционалом, интерфейсами и обновленной архитектурой, переход на технологии с субмикронными топологическими нормами (90 нм и ниже). Также есть новые идеи по реализации базового пикселя, что позволит создавать на отечественном производстве Full HD и 4K-дисплеи. Очень много интересных задач, которые мы готовы решать, а у организаций Москвы для этого есть материально-техническая база.