Анализ и оценка технико-эксплуатационных характеристик видеотерминальных устройств (дисплеев)

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 29 Ноября 2012 в 12:42, курсовая работа

Описание работы

Первый жидкокристаллический дисплей был создан в 1970 году. В них было много минусов. Срок их службы был небольшой, потребляли много энергии, очень плохой был контраст изображения. Новый ЖК-дисплей был выпущен в 1971 году, который сразу получил хорошие отклики.
Производство ЖК - мониторов постепенно усовершенствуется. В результате эволюции они стали обеспечивать очень хорошее и качественное изображение. Это послужило многим пользователям перейти на жидкокристаллические мониторы.
Первые жидкокристаллические мониторы были медленными, так как работали на пассивных матрицах, При динамической смене картинки изображение смазывалось. Сейчас пассивные матрицы встречаются в мобильных телефонах и т.д.
Современные ЖК мониторы работают на активных матрицах, это позволило увеличить размер экрана и сделать изображение ярче и четче.
Производство LCD-мониторов развивается очень быстрыми темпами, и показатели, которые недавно выглядели фантастическими, сегодня становятся нормой. Параллельно падает себестоимость изготовления ЖК-экранов, и нишу устройств с меньшей диагональю занимают (при сохранении уровня цен) более крупные собратья. Наше тестирование призвано выяснить, с какими задачами справляются 19-дюймовые ЖК-мониторы среднего ценового диапазона, сменившие 17-дюймовые в нише самых покупаемых моделей.
1 Анализ и оценка технико-эксплуатационных характеристик видеотерминальных устройств (дисплеев).

Содержание работы

Введение
1 Анализ и оценка технико-эксплуатационных характеристик видеотерминальных устройств (дисплеев)
1.1 Видеомониторы
1.2 Принципы работы современных дисплеев
1.3 Видеоконтроллеры
Заключение

Файлы: 1 файл

Курсовая_Гриднев.doc

— 164.00 Кб (Скачать файл)

Описанная во врезке технология построения жидкокристаллических дисплеев в виде двух стеклянных пластин с нанесенными на стекло электродами была исторически первой, но на данный момент уже перестала применяться в IT-индустрии. Мониторы, изготовленные таким образом, назывались пассивно-матричными. В настоящее время во всех типах LCD используется активная матрица, в которой каждый субпиксель имеет свой собственный управляющий транзистор, а размер электрода ограничивается размером одного субпикселя. Более того, каждая ячейка снабжена параллельно включенным конденсатором, позволяющим поддерживать напряжение и, следовательно, ее состояние константным;

таким образом  удалось полностью избавиться от мерцания ЖК-экранов. Из-за требования к прозрачности матрицы в целом  транзисторы имеют толщину менее 0,1 мкм и называются тонкопленочными (Thin Film Transistors, TFT).

В настоящий момент существует также несколько различных технологий производства активно-матричных панелей, различающихся способом расположения кристаллов и, что куда важнее для конечного пользователя, параметрами. Панель типа TN (Twisted Nematics) является самой недорогой в производстве, что определяет ее доминирование на рынке массовых мониторов. Рассматривать каждую из существующих разработок подробно не имеет смысла, поскольку таких материалов в интернете навалом, да и журнал наш изготовлен совсем не из резины (смайл).

Несмотря на успешное решение многих проблем, изначально мешавших широкому распространению  ЖК (таких как маленькие углы обзора, низкая контрастность, дефективное  отображение динамичной картинки, большое  время отклика матрицы и пр.), на сегодняшний день, как мне думается, технология в своем развитии практически достигла апогея и в дальнейшем каких-либо сенсаций от нее ждать не стоит.

А поскольку сейчас на рынке явно прослеживается тенденция  к увеличению диагонали монитора, обитающего на столе среднестатистического пользователя, с 17 до 19, а то и до всех 20 дюймов, да и набирающее популярность телевидение высокой четкости требует от дисплея улучшенного качества картинки, все более вероятным мне кажется появление некой новой разработки, которая будет экономически выгодна и удовлетворит возросшие требования потребителей. Почему я делаю ставку именно на новую идею? Да потому что, как вы увидите из следующих частей обзора, существующие и здравствующие ныне системы отображения информации либо давно и прочно заняли свою нишу, либо готовятся к переходу в совершенно неожиданные области и в связи с этим уже не могут претендовать на роль «дисплея будущего».

К примеру, OLED-экраны планируют использовать в самолетах  и болидах «Формулы-1».

Плазма.

Изучение плазмы, в отличие от исследования ЖК, имеет не столь длительную историю, поскольку началось только в 60-х годах XX века. Промышленное же использование этой технологии относится всего лишь к 90-м годам. Авторами открытия стали четверо американских ученых: Дональд Битцер (Donald Bitzer), Джин Слоттоу (Gene Slottow), Роберт Вилсон (Robert Willson) и В. Арора (V. Arora). Первый прототип матрицы они выпустили спустя всего четыре года после начала работы: он имел размер 4 х 4 пикс. и излучал обыкновенный голубой цвет. Следующим шагом стал цветной темно-красный экран (16 х 16 точек), изготовленный с применением неона, – такие панели назывались газоразрядными.

Правда, эффективность  излучения в газах оказалась  довольно слабой. Несмотря на это, технология заинтересовала промышленников, и такие гиганты, как IBM, NEC, Fujitsu и Matsushita, присоединились к ее развитию. Но даже при столь мощной поддержке на тот момент рынок не породил спроса, оправдывающего дорогостоящее производство, поэтому итог был печален: в США осталась лишь горстка энтузиастов, которые продолжали исследования в этом направлении. Положение спасла Япония, у которой была долгосрочная государственная программа по развитию дисплейной отрасли. В Стране восходящего солнца были организованы университеты и институты, посвященные исключительно разработке плазменных экранов, деятельность которых контролировало правительство, и результатом всех этих усилий явился выпуск в 90-х годах первой коммерческой модели.

Изучение плазмы, в отличие от ЖК, имеет не столь  длительную историю – оно началось лишь в 60-х годах XX века

Ячейка газоразрядного дисплея не представляет собой ничего особенного: как и в других видах  экранов, она состоит из трех субпискелей, каждый из которых излучает один из основных цветов (R, G, B) за счет люминофора. Принципиальное отличие здесь в том, что каждая субъединица представляет собой микроскопическую флуоресцентную лампу, а с помощью регулирования яркости ее свечения можно добиться отображения различных оттенков. Такие лампы работают аналогично люминесцентным: они представляют собой запечатанную стеклянную тубу, наполненную инертным газом с небольшой примесью ртути, на концах которой находятся катоды.

Образование света  происходит при ионизации газа, необходимым  условием возникновения которой  является достаточно большое пусковое напряжение (больше 1000 В, подается на несколько сотен микросекунд), которое после образования дугового разряда быстро падает до 80-240 В. Инертный газ в обычном состоянии нейтрален, но под воздействием тока превращается в плазму, то есть распадается на ионы и свободные электроны, которые внутри трубки движутся к разным полюсам. Подобное поведение приводит к столкновениям с атомами: они после каждого удара набирают энергию, и электроны переходят на новый энергетический уровень. Когда электроны возвращаются на изначальную орбиту, они испускают фотон – квант света.

Итак, излучение  света является результатом движения плазмы под действием сильного электрического поля, и, чтобы обеспечить это движение, приложения к полюсам трубки постоянного потенциала недостаточно. Для поддержания эмиссии фотонов используется переменный ток, таким образом достигается непрекращающийся «перелет» ионов от одного катода к другому.

Плазма излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, не воспринимаемый человеческим глазом (он имеет длину волны, не попадающую в диапазон видимых). С одной стороны, это недостаток, а с другой – достоинство, поскольку с помощью люминофора ультрафиолет можно «превратить» в любой цвет. Для этого на стенки трубки наносят порошок, чувствительный к УФ-лучам и испускающий красный, синий или зеленый свет. «Газоразрядные» панели были не первыми, в которых инженеры применили люминофоры, – исторически им предшествовали знаменитые ЭЛТ-экраны.

Итак, в «плазме» пиксели работают подобно люминесцентным трубкам, но при создании панелей приходится преодолевать ряд трудностей. Первая из них связана с физическим размером ячейки, который равен 200 х 200 х 100 мкм, – а ведь их нужно уложить на матрице несколько миллионов, один к одному. Вторая задача – это обеспечение прозрачности переднего электрода. В качестве катода, как правило, используется оксид индия и олова, так как это вещество отвечает вышеприведенным требованиям (кстати, его же применяют и в OLED). К сожалению, эти экраны могут быть столь большими, а слой оксида – столь тонким, что при протекании больших токов на проводниках будет заметно падать напряжение, что сильно уменьшит по амплитуде и исказит сигналы. Поэтому инженеры решили применять в качестве промежуточного соединительного проводника хром, который обладает большей устойчивостью, но непрозрачен.

И последний вопрос, который возникает в каждой вновь  созданной технологии, – это адресация  пикселей. В данном случае обеспечение  независимой адресации каждой субъединицы  невозможно, поэтому решили пойти по пути мультиплексирования, или объединения передних дорожек в строки, а задних – в столбцы.

Конечно, существует еще несколько альтернативных технологий построения плазменных дисплеев, например АСС, в которой используется не два  электрода, а целых три (третий электрод служит для адресации субпикселя); а также монолитные панели, которые применяются на коммерческих презентациях; но здесь не имеет смысла их рассматривать, поскольку из вышеизложенного ясен основной принцип работы газоразрядных мониторов.

Из преимуществ  плазмы перед жидкими кристаллами  на память сразу приходят более сочный и широкий цветовой диапазон, отличные углы обзора, повышенная контрастность  и, конечно, легкость в конструировании  экранов большого размера при  минимальной толщине. Из недостатков – слишком большой размер пикселя, отсутствие хорошей градации темных оттенков, быстрая утомляемость глаз из-за напряжения периферического зрения, которым человек пытается уловить излучение с модуляцией по яркости 85-90 Гц (плазма дает такое излучение в любом случае); сложности с устранением мерцания и артефактов и, наконец, выгорание люминофора с течением времени. Однако в целом на сегодняшний день плазма стала лучшим решением для матриц с диагональю от 32″, и переплюнуть в этом сегменте ее не смог никто, даже ЖК, несмотря на многолетние потуги.

Итак, в битве  «плазма vs ЖК» победила дружба, поскольку  по чисто физическим причинам каждая из разработок заняла свою нишу на рынке  экранов, и никакие предсказания о вытеснении и полном изгнании той или другой не смогут сбыться до тех пор, пока не будут преодолены определенные технологические трудности.

 

 

 

OLED-экраны.

Справедливости ради надо отметить, что данная технология всегда была нацелена на прекрасное далеко: сначала  ей прочили бурное развитие и вытеснение ЖК с потребительского рынка мониторов для десктопов, теперь же, когда эта заманчивая перспектива практически отпала, OLED предрекают роль главного участника в деле воплощения в жизнь самых смелых мечтаний писателей-фантастов, к примеру, создания комнат виртуальной реальности, где OLED-экраны отвечали бы за формирование всевозможных изображений. Но, начав поиск информации по бездонным просторам интернета, я наткнулась на интересную особенность: подавляющее большинство статей про OLED относится к периоду 2000-2003 годов, а те, что выпущены позднее, полны глубокого пессимизма в отношении этой разработки и нынешнего ее положения. Тем не менее сам принцип OLED мне очень симпатичен, поэтому постараюсь как можно яснее его изложить.

OLED (Organic Light Emitting Diode) основаны на  способности некоторых органических  соединений испускать электромагнитное излучение (в нашем случае – свет), когда через них проходит электрический ток. В начале 50-х годов прошлого века Андрэ Бернаноз (Andre Bernanose) со своей группой исследователей открыл электролюминесценцию в органических материалах, прикладывая переменный ток высокого напряжения к тонким прозрачным пленкам органического красителя. После ряда исследований бистабильного выключателя на основе меланина в 1974 году был достигнут очередной впечатляющий результат – появление яркой вспышки во время включения. Спустя еще три года был получен полимер с высокой проводимостью и с аналогичными свойствами, а уже в 80-х годах компанией Eastman Kodak было создано первое диодное устройство. В 1990 году в журнале Nature появилась статья ученых, в которой сообщалось о полимере, обладавшем зеленым излучением и «очень высоким КПД».

Сначала в качестве люминесцентных материалов применялись низкомолекулярные  вещества, которые имели достаточно длительный срок службы и хорошую  эффективность излучения. Существенным недостатком таких приборов являлась дорогостоящая технология производства – для этого использовалось вакуумное напыление органического соединения на подложку. Вторым минусом была намного меньшая гибкость по сравнению с другой технологией под названием PLED, открытой чуть позже (в 1989 году) профессором Ричардом Френдом (Richard Friend) совместно с группой химиков Кембриджского университета. PLED, или Polymer Organic Light Emitting Diode, основаны на применении органических полимерных материалов, вследствие чего появилась возможность упрощения производства дисплеев вплоть до печати их на струйных принтерах. Этот весьма привлекательный способ вызвал сильную шумиху, но оказалось, что PLED-экраны обладают неважными спектральными характеристиками и сниженным по сравнению с обычными OLED сроком службы ячеек.

Схематически OLED-дисплей представляет собой стеклянную подложку, на которую  нанесен анод в виде тончайшего прозрачного  слоя из оксида индия и олова (как  и в плазме), перпендикулярного  катоду. Непосредственно к нему прилегает первый органический слой толщиной порядка 75 нм (как правило, это ароматический диамин), а сверху находится основной, светоизлучающий слой. Последним же компонентом этого сложного «сэндвича» является катод, состоящий из сплава магния с серебром с соотношением 10:1, накрытый стеклом. Общая толщина экрана выходит менее 500 нм, и это при том, что, в отличие от ЖК-дисплея, OLED не требует задней подсветки!

Вполне достаточное для свечения базового слоя напряжение составляет всего лишь 2,5 В, а путем увеличения силы тока теоретически можно получить максимальную силу света в 100 ккд/м2, что во много раз превышает показатели нынешних LCD-дисплеев. Пик интенсивности спектра приходится на длину волны 550 нанометров, что соответствует зеленому свету. Такие показатели в сочетании с другим достоинством – высоким быстродействием ячеек – открывают перед OLED-технологией хорошие перспективы. Но, несмотря на все усовершенствования, на сегодняшний день возможность применения этой технологии в экранах с большими диагоналями представляется крайне сомнительной из-за существенных минусов, которые так и не удалось устранить.

Так, для OLED характерен малый срок жизни ячеек матрицы, ведь органические материалы больше подвержены деградации и легче взаимодействуют с кислородом, содержащимся в воздухе, и различными окружающими их веществами. Наименее долговечными на сегодняшний день являются синие субпиксели, срок жизни которых достигает 10 000 ч, что недостаточно для телевизоров и компьютерных мониторов, но пока устраивает потребителей сотовых телефонов. Диоды белого свечения смогут протянуть около 830 суток (20 000 ч), а красные и зеленые наиболее долговечны – порядка 40 000 ч. Увы, ни новые формулы базовых слоев, ни обогащающие добавки пока не позволяют повысить стабильность одного из основных цветов – синего, без которого невозможно получить полноценную картинку.

Другой существенный недостаток –  это цветопередача. Достижение более  широкой цветовой гаммы требует  введения органических добавок, которые  плохо влияют на стабильность ячеек. Некоторые разработчики вернулись к уже опробованной в массовом производстве схеме и стали создавать дисплеи с субпикселями белого свечения с наложенными поверх них светофильтрами.

Universal Display Corporation приступила к разработке прототипа инновационного окна. В зависимости от погодных условий и освещенности оно будет осуществлять равномерный переход от пропускания дневного света к собственному свечению, что позволит сократить расходы на освещение

Информация о работе Анализ и оценка технико-эксплуатационных характеристик видеотерминальных устройств (дисплеев)