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

OLED-экраны прошли путь развития, аналогичный дисплеям на базе жидких кристаллов: сначала они работали на основе пассивной матрицы (такие до сих пор применяются в монохромных дисплеях, например, в автомагнитолах), затем было разработано управление яркостью пикселя посредством активной матрицы. Пассивная матрица представляет собой обыкновенный массив ячеек между перпендикулярными сетками анодов и катодов. Управление яркостью осуществляется путем регулировки времени, в течение которого субпиксель испускает поток фотонов за один цикл работы. Но, как и в ЖК, инерционность линий управления сыграла свою роль – слишком трудно было обеспечить достаточный динамический диапазон.

Для решения этой проблемы пришлось применять так называемый «предзаряд» ячейки, то есть быстрое доведение напряжения до нужной величины с помощью заранее запасенной на конденсаторе энергии. Такие дисплеи способны отображать всего 262 000 цветов.

Решение этой проблемы позаимствовали, опять-таки, у жидкокристаллических экранов, применив матрицу из тонкопленочных транзисторов на основе поликристаллического кремния. Использование неорганического материала сразу отмело возможность печати экранов на струйных принтерах, зато были реализованы все преимущества новой технологии, такие как улучшенная цветопередача, пониженное энергопотребление, минимальная толщина, повышенные яркость и контрастность и быстродействие, сравнимое с CRT.

Но, к сожалению, сейчас все это  доступно потребителю исключительно  в экранах с небольшой диагональю, так как наладить производство телевизоров  и мониторов на основе OLED из-за вышеперечисленных проблем так и не удалось. У OLED также существует несколько направлений развития, каждое из которых видится перспективным для определенной области применения и имеет свои преимущества. Ниже представлен их краткий обзор.

PhOLED (Phosphorescent OLED) – технология, использующая  принцип электрофосфоресценции,  который позволяет преобразовывать  до 100% электрической энергии в  свет. К примеру, традиционные  флуоресцентные OLED преобразовывают  в свет приблизительно 25-30% энергии. Из-за такой особенности PhOLED сейчас изучаются в целях создания «экранов освещения» и, конечно же, мониторов с большой диагональю. Кстати, к преимуществам таких дисплеев относят именно долговечность.

Прозрачные светоизлучающие устройства были названы TOLED, или Transparent and Top-emitting OLED, они отличаются более высоким уровнем контрастности. Такие дисплеи могут излучать свет только вверх, только вниз или в двух направлениях сразу. Кстати, коэффициент отражения света у TOLED в выключенном состоянии порядка 70%, что открывает для них широкие перспективы применения как в сфере рекламы, так и при производстве различных товаров (к примеру, в автомобилях, где их можно будет крепить прямо на лобовое стекло).

существуют и гибкие, или FOLED (Flex OLED), экраны, у которых подложкой служит пластик либо тонкая металлическая пластина. Разработчики утверждают, что такие устройства обладают минимальной толщиной и весом. Есть еще, наконец, Staked OLED, разработанные компанией UDC. От остальных типов органических светодиодов они отличаются вертикальным расположением субпикселей вместо традиционного горизонтального. При таком подходе каждой субъединицей можно управлять отдельно, а большая плотность заполнения дисплея органическими ячейками позволяет достигать высокого разрешения.

О перспективах развития OLED-технологии говорилось очень много и оптимистично с момента их появления как  в средствах массовой информации, так и в узкоспециализированных кругах. Были предположения, что к 2010 году рынок будет заполнен ультратонкими и очень качественными телевизорами и мониторами, а его капитализация достигнет $3,7 млрд. Но вышло так, что попытки запустить данную технологию в массовое производство провалились, и даже компания Sony с ее гигантскими R&D-департаментом и производственными мощностями смогла создать свой легендарный телевизор XEL-1 только по непомерной цене в $2500. И мое личное мнение таково: ЖК-матрицы пока сдавать свои позиции не собираются, а для OLED существуют другие, даже более «творческие», области применения, в которых эта технология имеет просто гигантское преимущество перед всеми остальными существующими разработками (а ведь творчество и вдохновение так важны при создании любой мелочи!).

К примеру, компания 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, по словам разработчиков, позволит сократить расходы на освещение, а также создаст новую ветвь в оформлении и дизайне. Планируется использование светодиодов типа PhOLED и TOLED. И хотя я не принадлежу к клану безоглядно верующих в органические диоды оптимистов, все же мне кажется, что OLED еще громко заявит о себе.

Электронная бумага.

Как бы ни щадили ЖК-дисплеи по сравнению  с CRT глаза рядового юзера, задняя подсветка  все равно негативно действует  на наши с вами органы зрения, которые  довольно быстро устают и просят законного  отдыха у владельца. Тем не менее  представители различных сфер деятельности долгими часами просиживают у монитора своего компьютера, чтобы усиленно трудиться или методично уничтожать злобных гоблинов из других миров.

Для преодоления главного недостатка современных моников – отрицательного воздействия на зрение – и была разработана электронная бумага, которая, в отличие от традиционных LCD-экранов, формирует изображение в отраженном свете и может показывать текст и графику неограниченно долго, не потребляя при этом электричества и позволяя в дальнейшем изменять отображаемую информацию. Отражение света как от обычного печатного листа бумаги избавляет человеческий глаз от излишнего напряжения и дает большие углы обзора.

Впервые об электронной бумаге заговорили в 70-х годах ХХ века в Исследовательском  институте компании Xerox в Пало-Альто, где ее и придумал Ник Шеридон (Nick Sheridon). Первая электронная бумага была создана по технологии, названной «Гирикон» (Gyricon), она состояла из полиэтиленовых сфер от 20 до 100 микрон в диаметре, каждая из которых имела две половины: положительно заряженную белую и отрицательно заряженную черную. Такие «шарики» Шеридон поместил в прозрачный силиконовый лист, заполненный маслом, чтобы они свободно вращались. Точка на дисплее могла быть белой или черной в зависимости о того, какой стороной повернется сфера под воздействием подаваемого на нее напряжения.

Но уже в 1990 году был разработан другой тип электронной бумаги, автором  которого стал Джозеф Якобсон (Joseph Jacobson), впоследствии совместно с Philips основавший компанию E-Ink Corporation. Она была создана совершенно по-другому: в микрокапсулы, заполненные прозрачным веществом, помещались положительно заряженные белые и отрицательно заряженные черные частицы. И тогда от подаваемого тока зависело, будут ли частицы располагаться вверху капсулы (отображается белый цвет) или внизу (виден только цвет масла).

Благодаря остаточным зарядам и  ван-дер-ваальсовым силам дисплеи  на базе электронных чернил способны сохранять изображение на экране даже при отсутствии электропитания (подача напряжения на управляющие электроды необходима лишь для переключения состояния пикселя), что наряду с отсутствием ламп подсветки обеспечивает низкий уровень энергопотребления. Такие экраны гарантируют хорошую читаемость изображения при любом освещении. В качестве подложки для создания электронной бумаги можно использовать, по сути, любые пригодные материалы, будь то стекло, пластик, металлическая фольга, ткань или даже простая целлюлозная бумага.

Достоинствами «бумаги» нового поколения  можно назвать лишь работу в отраженном свете и низкое энергопотребление. Остальные ее свойства легко можно отнести лишь к недостаткам

Полихромные дисплеи на базе электронных  чернил устроены по тому же принципу, что  и черно-белые, в них добавлены  только оптические фильтры CMYК – cyan, magenta, yellow, key color, или голубой, пурпурный, желтый и ключевой цвет (а не RGB, поскольку такая «бумага» работает в отраженном свете). По сути, неоспоримыми достоинствами «бумаги» нового поколения можно назвать лишь работу в отраженном свете и низкое энергопотребление. Все остальные ее свойства легко можно отнести к существенным недостаткам, основным из которых является большая инерционность матрицы. Судите сами: время переключения пикселя составляет 260-500 мс, что в сто раз больше времени отклика матрицы у хороших ЖК-дисплеев.

Это не позволяет использовать технологию при производстве КПК (не будут смотреться анимированные меню, указатели мыши) и в других девайсах, где есть интерактивные приложения. Сильнее  всего длительное время обновления влияет на способность «бумаги» показывать увеличенную версию текста или изображение на маленьком экране. Но тогда целесообразно ли вообще тратить время на ее разработку? Ведь даже количество оттенков серого ограничивается лишь восьмью – и это в самых новых устройствах. Еще одно важное преимущество экрана с электронными чернилами – потрясающая гибкость – тоже палка о двух концах, ведь он может показать владельцу искаженную и искривленную картинку, приобрести «память формы» в свернутом состоянии, да и банально помяться.

Практическое применение технологии пока весьма невелико, а увидевшие  свет девайсы в подавляющем большинстве  предназначены для узкого круга  лиц. К примеру, в 2006 году было выпущено несколько моделей электронных  книг, а в феврале того же года бельгийская финансовая ежедневная газета De Tijd of Antwerp анонсировала планы по продаже электронной версии газеты для избранных подписчиков. Была ли осуществлена идея бельгийцев, мне неизвестно. Следующей на подвиг бета-тестера отважилась New York Times в начале 2007 года, объявив о возможной реализации 300 функциональных электронных газет.

Компания Smartdisplayer выпустила первую в мире микропроцессорную карточку с гибким дисплеем и даже сертифицировала  ее по стандартам ISO. Такая кредитка имеет одноразовый пароль и уменьшает риски при дистанционном банковском обслуживании – оплате через интернет и переводе средств.

 1.3 Видеоконтроллеры

Видеоконтроллеры (видеоадаптеры) являются внутрисистемными устройствами, непосредственно  управляющими мониторами и выводом информации на их экран. Видеоконтроллер содержит: схему управления ЭЛТ, растровую память (видеопамять, хранящую воспроизводимую на экране информацию и использующую поле видеобуфера в ОП), сменные микросхемы ПЗУ (матрицы знаков), порты ввода-вывода.

Основные характеристики видеоконтроллера: режимы работы (текстовый и графический), воспроизведение цветов (монохромный  и цветной), число цветов или число  полутонов (в монохромном), разрешающая  способность (число адресуемых на экране монитора пикселей по горизонтали и вертикали), емкость и число страниц в буферной памяти (число страниц – это число запоминаемых текстовых экранов, любой из которых путем прямой адресации может быть выведен на отображение в мониторе), размер матрицы символа (количество пикселей в строке и столбце матрицы, формирующей символ на экране монитора), разрядность шины данных, определяющая скорость обмена данными с системной шиной, и др.

Важная характеристика – емкость  видеопамяти, она определяет количество хранимых в памяти пикселей и их атрибутов. Разрядность атрибута пикселя определяет, в частности, максимально возможное число полутонов или цветовых оттенков, учитываемых при отображении пикселя (например, для отображения 65 тыс. цветовых оттенков, стандарт High Color , каждый пиксель должен иметь 2-байтовый атрибут, а для отображения 16,7 млн. цветовых оттенков, стандарт True Color , – 3-байтовый атрибут). Необходимую емкость видеопамяти можно приблизительно сосчитать, умножив количество байтов атрибута на количество пикселей экрана.

Общепринятый стандарт формируют  следующие видеоконтроллеры:

Hercules – монохромный графический  адаптер; 

MDA ( Monochrome Display Adapter ) – монохромный  дисплейный адаптер; 

MGA ( Monochrome Graphics Adapter ) – монохромный  графический адаптер;

CGA ( Color Graphics Adapter ) – цветной графический  адаптер; 

EGA ( Enhanced Graphics Adapter ) – улучшенный  графический адаптер; 

VGA ( Video Graphics Adapter ) – видеографический  адаптер, иногда его называют  видеографической матрицей ( Video Graphics Array );

SVGA ( Super VGA ) – улучшенный видеографический  адаптер; 

PGA ( Professional GA ) – профессиональный  графический адаптер. 

Видеоконтроллеры SVGA типа VESA (видеокарты VESA ) с объемом видеопамяти 1-2 Мбайта обеспечивают наибольшую разрешающую  способность 1280x1024 при отличной передаче полутонов и цветовых оттенков; видеокарта Twin Turbo -128 M 2 имеет видеопамять емкостью 2 Мбайта (с возможностью наращивания до 4 Мбайт), две 64-разрядные шины данных (что совместно с локальной шиной PCI позволяет организовать 128-разрядную передачу данных со скоростью, не снижающейся при изменении режима цветности с 256 до 65000 цветовых оттенков), функцию мгновенного линейного масштабирования изображения на экране в любой прикладной программе.

Типы видеоконтроллеров.

Микросхемы видеоконтроллеров  можно разделить на четыре группы по принципу их работы.

Video shift register — простейший тип видеоконтроллера. Генерирует синхросигналы и преобразует получаемые байты видеоданных (от процессора или контроллера ПДП) в последовательность бит, которая вместе с синхросигналами формирует выходной видеосигнал. Видеоконтроллеры этого типа обычно поддерживают только растровые видеорежимы очень низкого разрешения. Единственным примером подобного видеоконтроллера общего назначения, использовавшегося в домашних компьютерах, является микросхема RCA CDP1861. В других домашних системах, также использующих видеоконтроллеры этого типа, применялись заказные микросхемы — например, Television Interface Adapter (TIA) в игровой консоли Atari 2600, БМК компьютера Sinclair ZX81.