Электронные дисплеи

Московский государственный университет экономики,

статистики и информатики

 

 

 

 

Реферат

                              по курсу «Информатика и программирование»

 

 

         Тема: Электронные дисплеи.

 

Выполнил: Балмахан Б.Б.

 

 

 

 

 

 

Актобе 2011

 

Содержание

  1. Введение

  2. Дисплеи, проецирующие изображение на сетчатку (Virtual Retinal

       Display, VRD)

  3. OLED и LEP-дисплеи

  4.3D дисплеи на базе ЖК

   5. Электронные чернила (e-ink)

   6. Дисплеи на базе бистабильных ЖК-структур (ChLCD и PABN LCD)

  7. Дисплеи на базе технологий SED, FED и NED

   8. LCoS

   9. Пикопроекторы

       Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Дисплей (анг. display — показывать) относится к основным устройствам любого ПК, без которого невозможна эффективная работа. Можно, конечно, выводить всю необходимую пользователю информацию о работе и состоянии системы на печатающее устройство (так оно и было в первых моделях ЭВМ), но это длительный и не очень наглядный процесс. Наиболее важная отличительная особенность современных компьютеров заключается в возможности почти мгновенного взаимодействия (работа в режиме реального времени) между системой и пользователем. В большинстве систем это взаимодействие осуществляется при помощи клавиатуры (и/или манипуляторов) и экрана дисплея. В процессе работы на экране дисплея отображаются как вводимые пользователем команды и данные, так и реакция системы на них.

Назначение.  Устройство визуального отображения информации или, более точно, устройство отображения информации, находящейся в оперативной памяти, позволяющее обеспечить взаимодействие пользователя с аппаратным и программным обеспечением компьютера. Дисплей — это важнейший компонент пользовательского интерфейса.

Исторически сложилось так, что устройство отображения информации называют и дисплеем, и монитором (видеомонитором), и терминалом (видеотерминалом). Эти термины часто используются как синонимы, хотя каждое конкретное название используется, чтобы подчеркнуть, высветить требуемую особенность применения устройства.

Дисплей —  это общее название устройства, показывающего, отображающего информацию.

История компьютеров неразрывно связана с совершенствованием дисплеев. А если говорить о множестве широко распространенных сегодня портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны, КПК, цифровые фотокамеры и портативные медиаплееры, то их появление и развитие вообще невозможно себе представить без компактных, легких и экономичных дисплеев.

В этой работе мы рассмотрим несколько перспективных направлений развития электронных дисплеев, которые уже оказала заметное влияние на развитие индустрии компьютеров и цифровых развлекательных устройств.

Дисплеи, проецирующие изображение на сетчатку (Virtual Retinal Display, VRD)

Аппараты, позволяющие при помощи лазерного луча малой мощности проецировать изображение непосредственно на сетчатку глаза (Virtual Retinal Display, VRD), являются одним из перспективных направлений развития электронных дисплеев, особенно применительно к использованию в мобильных устройствах. Благодаря небольшим размерам и отсутствию громоздкого экрана, VRD-проектор можно встраивать в одежду и специальную экипировку (очки, шлемы и т.д.). Кроме того, важным преимуществом данной технологии является возможность проецировать изображение, угловые размеры которого практически целиком охватывают угол зрения. 

 

Изображение в VRD-устройствах формируется последовательно (пиксел за пикселом) при помощи устройства развертки: луч лазера с большой скоростью «прорисовывает» строки пикселов изображения аналогично тому, как это происходит в лазерном принтере. Один из первых прототипов монохромного VRD-дисплея был создан сотрудниками лаборатории пользовательского интерфейса Вашингтонского университета в 1991 году.

На современном этапе технически возможно создание VRD-дисплеев, проецирующих монохромные и цветные изображения с разрешающей способностью порядка 800x600 пикселов. Для формирования цветного изображения используются три лазера (красный, зеленый и синий), лучи которых совмещаются при помощи специальной оптической системы. В настоящее время модули VRD-дисплеев, в которых применяются полупроводниковые лазеры и устройство развертки с микроэлектромеханическим приводом (MEMS), выпускает компания Microvision.

По мнению экспертов, полноценное применение данной технологии в коммерческих устройствах станет возможным при достижении уровня разрешающей способности порядка 4000x3000-8000x6000 пикселов. 

 

Принцип работы цветного VRD-дисплея

Размеры модуля VRD-дисплея позволяют встраивать его в очки

OLED- и LEP-дисплеи

OLED и LEP — родственные  технологии, позволяющие создавать  излучающие электронные дисплеи  на базе люминесцирующих материалов.

OLED (Organic Light Emitting Diode) — это  светодиоды на основе органических  материалов. Первыми проводить исследования  в данной области начали в  конце 80-х годов прошлого века  сотрудники компании Eastman Kodak.

LEP (Light Emitting Polymer) — это  светоизлучающие полимеры, впервые  синтезированные учеными Кембриджского  университета. Впоследствии разработками  в данном направлении стала  заниматься компания Cambridge Display Technology.  

 

                         

Схема устройства OLED-дисплея

Принципиальное отличие OLED- и LEP-дисплеев от устройств на базе ЖК-технологии заключается в использовании органических веществ, излучающих свет под воздействием электрического поля (в ЖК-дисплеях свет, излучаемый лампой подсветки, проходит через ячейки ЖК-матрицы и светофильтры). Благодаря этой особенности в OLED- и LEP-дисплеях нет необходимости применять лампу подсветки, поляризующие пленки и ряд других компонентов, являющихся обязательными элементами ЖК-устройств. За счет более простой структуры OLED-дисплеи можно сделать чрезвычайно тонким и легкими. Кроме того, они могут работать от меньшего (по сравнению с ЖК-панелями) напряжения, обладают низким уровнем энергопотребления и выделяют незначительное количество тепла. 

 

                             

Прототип 40-дюймового OLED-дисплея,  
созданного инженерами Samsung Electronics

По качеству изображения OLED-технология также превосходит ЖК, обеспечивая более высокие яркость и контрастность, а также очень большой эффективный угол обзора (до 180° как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости) без заметных искажений цветопередачи. При этом полноцветные OLED-дисплеи имеют цветовой охват на уровне хороших ЭЛТ-мониторов и обеспечивают значительно более точное воспроизведение цветов, чем современные модели ЖК-мониторов.

Использование люминесцирующих материалов позволит в перспективе сделать апертуру пиксела OLED-дисплея практически равной 1 (то есть эффективная площадь пиксела будет равна его полной площади), что в принципе невозможно в случае ЖК-технологии. Дополнительным преимуществом OLED-дисплеев является чрезвычайно малое время реакции пикселов (у существующих прототипов — порядка десятков микросекунд), причем практически не зависящее от температуры (в отличие от ЖК-дисплеев, OLED- и LEP-устройства не «замерзают» при низкой температуре).

OLED-технология особенно  привлекательна для создания  дисплеев небольшого размера, поскольку  имеет значительно более высокий (по сравнению с ЖК) потенциал  для увеличения разрешающей способности (на нынешнем этапе — до  нескольких сотен пикселов на  дюйм).

В настоящее время на базе технологий OLED и LEP технически возможно создание монохромных, многоцветных и полноцветных дисплеев с активной либо пассивной матрицей.

У OLED- и LEP-дисплеев есть ряд недостатков, которые пока ограничивают сферу их применения в серийно выпускаемых устройствах. В частности, органические молекулярные и полимерные светоизлучающие материалы быстро разрушаются под воздействием содержащегося в воздухе кислорода и водяных паров, поэтому для обеспечения приемлемой (с точки зрения коммерческого использования) долговечности необходима полная герметизация начинки дисплейной панели. Кроме того, органические светоизлучающие материалы постепенно деградируют в процессе работы — это проявляется в уменьшении их эффективности (падении яркости при заданном напряжении питания) и изменении спектральных характеристик. Одним из наиболее актуальных на данный момент направлений работы в области совершенствования OLED- и LEP-дисплеев является создание более долговечных излучающих материалов.

Работы в области создания и производства OLED- и LEP-дисплеев, а также оптимизации характеристик органических светоизлучающих материалов в настоящее время ведут компании Cambridge Display Technologies (CDT), DuPont, Eastman Kodak, LG Electronics, Philips, Pioneer, RiTdisplay, Samsung SDI, Sanyo Epson Imaging Device Corporation, Sony, Toshiba и Universal Display Corporation.

В настоящее время OLED- и LEP-дисплеи находятся на начальной стадии коммерциализации. Начиная с 2002 года в ряде серийно выпускаемых устройств (цифровых индикаторах, автомагнитолах, портативных медиаплеерах, сотовых телефонах и пр.) применяются OLED- и LEP-дисплеи с небольшим размером экрана. OLED-дисплеи с большим размером экрана (до 40 дюймов по диагонали) пока существуют только в виде экспериментальных и выставочных прототипов. Ожидается, что серийные модели дисплейных панелей и телевизоров на базе OLED с размером экрана до 20 дюймов по диагонали появятся в продаже в 2009-2010 годах, а устройства с экраном более 30 дюймов — в 2011-2012 годах.

3D-дисплеи на  базе ЖК

К настоящему моменту разработано несколько технологий производства дисплеев, создающих у пользователя правдоподобную иллюзию объемного (трехмерного) цветного изображения без применения вспомогательных средств (очков и пр.).

Нужного эффекта можно достичь, оснастив обычный ЖК-дисплей так называемым параллакс-барьером (например, пленкой с чередующимися непрозрачными вертикальными полосками и узкими прозрачными зазорами между ними). Если шаг полосок параллакс-барьера равен ширине двух пикселов, то при отклонении в одну сторону от осевой линии монитора наблюдатель сможет видеть только четные столбцы пикселов, а при отклонении в другую — нечетные. Изменяя расстояние между экраном монитора и параллакс-барьером, можно добиться того, чтобы правый глаз наблюдателя воспринимал изображение, сформированное нечетными столбцами пикселов, а левый — четными. Если вывести на экран такого монитора специальным образом подготовленную стереограмму (в которой будут через один перемежаться столбцы пикселов изображений левого и правого ракурсов), то у зрителя возникнет иллюзия трехмерности. 

 

Принцип действия параллакс-барьера, расположенного с внешней  
стороны дисплейной панели

Параллакс-барьер может быть как пассивным (пленка с непрозрачными полосками), так и активным элементом (монохромная ЖК-панель). В последнем случае монитор можно сделать универсальным: с выключенным параллакс-барьером он будет работать в обычном, двумерном режиме, а при активации параллакс-барьера — в трехмерном. 

 

                         

ЖК-мониторы, позволяющие воспроизводить  
трехмерные изображения без применения  
вспомогательных средств, уже есть в продаже

Несколько лет назад специалисты Philips Research Redhill разработали собственный вариант конструкции 3D-монитора на базе ЖК-панели, в котором вместо параллакс-барьера используется массив миниатюрных цилиндрических линз.

На данный момент 3D-дисплеи на базе ЖК-технологии находятся на начальной стадии коммерциализации. Решения, позволяющие пользователю наблюдать объемное цветное изображение без вспомогательных средств (специальных очков и т.п.), уже реализованы в ряде серийно выпускаемых ЖК-дисплеев NEC, Philips, Sharp и ряда других. Правда, сфера применения подобных устройств пока остается довольно ограниченной — они используются главным образом для показа рекламных материалов в крупных торговых центрах. Одной из основных проблем, препятствующих широкому распространению 3D-мониторов, является отсутствие простых в применении и при этом недорогих программных средств, позволяющих создавать изображения и видео в трехмерном виде. 

 

Принцип действия активного параллакс-барьера между ЖК-панелью и лампой подсветки

В настоящее время исследования в области создания 3D-дисплеев на базе ЖК-технологии ведут компании Eastman Kodak, Hitachi, NEC, Philips, Samsung, Sanyo, Sharp и Toshiba.

Электронные чернила (e-ink)

Технология электронных чернил была разработана компаниями E Ink и Philips. В ходе многолетних исследований ученым удалось создать новый тип устройств визуализации информации — электрофоретические отражающие дисплеи. Такие устройства обладают оптическими и механическими характеристиками, схожими с обычной бумагой. Базовыми элементами электрофоретических дисплеев являются микрокапсулы, диаметр которых не превышает толщину человеческого волоса. Внутри каждой микрокапсулы находится большое количество пигментных частиц двух цветов: положительно заряженные белые и отрицательно заряженные черные, а все внутреннее пространство микрокапсулы заполнено вязкой прозрачной жидкостью. 

 

Принцип работы электрофоретического отражающего дисплея

Слой микрокапсул расположен между двумя рядами взаимно перпендикулярных гибких электродов (сверху — прозрачных, снизу — непрозрачных), образующих адресную сетку. При подаче напряжения на два взаимно перпендикулярных электрода в точке их пересечения возникает электрическое поле, под действием которого в расположенной между ними микрокапсуле группируются пигментные частицы. Частицы с одним зарядом собираются в верхней части микрокапсулы, а с противоположным — в нижней. Для того чтобы поменять цвет точки экрана с белого на черный или наоборот, достаточно изменить полярность напряжения, поданного на соответствующую пару электродов. Таким образом, пиксел экрана, соответствующий данной микрокапсуле, окрасится в черный либо в белый цвет; при этом пигментные частицы, сгруппировавшиеся в верхней части микрокапсулы, скроют от наблюдателя все частицы, сосредоточенные в ее нижней части.

Дисплеи на базе электронных чернил способны сохранять изображение на экране даже при отсутствии электропитания (подача напряжения на управляющие электроды необходима лишь для переключения состояния пиксела), что наряду с отсутствием лампы подсветки обеспечивает очень низкий уровень энергопотребления. Такие дисплеи являются отражающими и обеспечивают хорошую читаемость изображения практически под любым углом и при любом освещении. В качестве подложки для создания дисплеев на основе электронных чернил можно использовать различные материалы: стекло, пластик, металлическую фольгу, ткань и даже бумагу. Уже созданы прототипы подобных дисплеев на гибкой подложке, способные сохранять работоспособность при сгибании и даже скручивании в рулон.