Жидкокристаллические мониторы и плазма

Размещено на http://www.allbest.ru/

Жидкокристаллические мониторы

Сейчас технология плоскопанельных мониторов, и жидкокристаллических в том числе, является наиболее перспективной. Хотя в настоящее время на долю ЖК-мониторов приходится лишь около 10% продаж во всем мире, этот сектор рынка является наиболее быстрорастущим (65% в год).

Экраны LCD-мониторов (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества цианофенил, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.

Работа ЖК основана на явлении поляризации светового потока. Известно, что так называемые кристаллы поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Таким образом поляроид как бы "просеивает" свет, данный эффект называется поляризацией света. Когда были изучены жидкие вещества, длинные молекулы которых чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, появилась возможность управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за их схожесть с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам, а также за способность принимать форму сосуда, назвали жидкими кристаллами.

Основываясь на этом открытии и в результате дальнейших исследований, стало возможным обнаружить связь между повышением электрического напряжения и изменением ориентации молекул кристаллов для обеспечения создания изображения. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в электронных часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение LCD-дисплеи для настольных компьютеров.

Экран LCD монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которыми можно манипулировать для отображения информации. LCD монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели, сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой. (рис.2.1)

На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Продольные бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках. Молекулы одной из разновидностей жидких кристаллов (нематиков) при отсутствии напряжения поворачивают вектор электрического (и магнитного) поля в световой волне на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение бороздок на поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковый угол поворота плоскости поляризации для всех ячеек. Две панели расположены очень близко друг к другу. Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение света). Плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении одной панели (рис2.2)

При появлении электрического поля, молекулы жидких кристаллов частично выстраиваются вертикально вдоль поля, угол поворота плоскости поляризации света становится отличным от 90 градусов и свет беспрепятственно проходит через жидкие кристаллы (рис. 2.3).

Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому возникла необходимость добавить к стеклянным панелям еще два других слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры пропускают только ту компоненту светового пучка, у которой ось поляризации соответствует заданному. Поэтому при прохождении поляризатора пучок света будет ослаблен в зависимости от угла между его плоскостью поляризации и осью поляризатора. При отсутствии напряжения ячейка прозрачна, так как первый поляризатор пропускает только свет с соответствующим вектором поляризации. Благодаря жидким кристаллам вектор поляризации света поворачивается, и к моменту прохождения пучка ко второму поляризатору он уже повернут так, что проходит через второй поляризатор без проблем (рис 2.4)

.

В присутствии электрического поля поворота вектора поляризации происходит на меньший угол, тем самым второй поляризатор становится только частично прозрачным для излучения. Если разность потенциалов будет такой, что поворота плоскости поляризации в жидких кристаллах не произойдет совсем, то световой луч будет полностью поглощен вторым поляризатором, и экран при освещении сзади будет спереди казаться черным (лучи подсветки поглощаются в экране полностью). Если расположить большое число электродов, которые создают разные электрические поля в отдельных местах экрана (ячейки), то появится возможность при правильном управлении потенциалами этих электродов отображать на экране буквы и другие элементы изображения. Электроды помещаются в прозрачный пластик и могут иметь любую форму. Технологические новшества позволили ограничить их размеры величиной маленькой точки, соответственно на одной и той же площади экрана можно расположить большее число электродов, что увеличивает разрешение LCD монитора, и позволяет нам отображать даже сложные изображения в цвете. Для вывода цветного изображения необходима подсветка монитора сзади, таким образом, чтобы свет исходил из задней части LCD дисплея. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение с хорошим качеством, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из излучения источника белого света три основных компонента. Комбинируя три основные цвета для каждой точки или пикселя экрана, появляется возможность воспроизвести любой цвет.

Вообще-то в случае с цветом несколько возможностей: можно сделать несколько фильтров друг за другом (приводит к малой доле проходящего излучения), можно воспользоваться свойством жидкокристаллической ячейки - при изменении напряженности электрического поля угол поворота плоскости поляризации излучения изменяется по-разному для компонент света с разной длиной волны. Эту особенность можно использовать для того, чтобы отражать (или поглощать) излучение заданной длины волны (проблема состоит в необходимости точно и быстро изменять напряжение). Какой именно механизм используется, зависит от конкретного производителя. Первый метод проще, второй эффективнее.

Первые LCD дисплеи были очень маленькими, около 8 дюймов, в то время как сегодня они достигли 15" размеров для использования в ноутбуках, а для настольных компьютеров производятся 20" и более LCD мониторы.

Плазменные экраны

В течение последних 75 лет все производимые телевизоры создавались на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

Внутрь объемной стеклянной трубки выстреливается пучок электронов (отрицательно заряженных частиц). Электроны возбуждают атомы фосфора, расположенные на широком конце трубки (экране), которые вследствие этого начинают светиться.

Изображение формируется благодаря свечению тех или иных областей фосфорного слоя разными цветами и с разной интенсивностью. Электронно-лучевые трубки воспроизводят четкое изображение, но у них есть один большой минус: они очень громоздкие. Для увеличения ширины экрана в ЭЛТ телевизорах, необходимо также увеличить и длину самой трубки (для того чтобы электроны могли достичь любой точки экрана).

В результате этого, любой широкоэкранный ЭЛТ телевизор будет очень тяжелым и займет слишком много места.

Недавно появилась альтернатива ЭЛТ телевизорам: плоские плазменные панели. У этих телевизоров широкие экраны (сравнимые с самыми большими ЭЛТ телевизорами), но они очень тонкие - всего около 6 дюймов (15 см).

Основываясь на информации видеосигнала, мощный пучок электронов «зажигает» тысячи маленьких точек, называемых пикселями. В большинстве систем всего три цвета пикселей - красный, зеленый и синий - которые равномерно распределены по всему экрану. Благодаря смешиванию этих цветов в различных пропорциях, телевизоры могут воссоздавать всю гамму оттенков.

Изображение на плазменной панели создается путем свечения маленьких цветных флуоресцентных лампочек. Каждый пиксель сделан из трех флуоресцентных лампочек - красной, зеленой и синей. Благодаря разной яркости лампочек, как и ЭЛТ телевизоры, плазменные панели могут воспроизводить всю цветовую гамму.

Центральным элементом флуоресцентных лампочек является плазма - газ, состоящий из свободных ионов (заряженных атомов) и электронов (отрицательно заряженных частиц). В обычных условиях газ состоит из незаряженных частиц, то есть атомов с равным количеством протонов (положительно заряженных частиц, расположенных в ядре атома) и электронов. Отрицательно заряженные электроны нейтрализуют положительно заряженные протоны, вследствие чего суммарный заряд атома равняется нулю.

Если вы добавите в газ большое количество свободных электронов, пропуская через него электрический разряд, ситуация изменится очень быстро. Свободные электроны, сталкиваясь с атомами, “выбивают” из них валентные электроны. При потере электрона, атом приобретает положительный заряд и, тем самым, становится ионом.

Когда через плазму пропускается электрический ток, отрицательно заряженные частицы притягиваются к положительно заряженной области плазмы, и наоборот. Стремительно двигаясь, частицы постоянно сталкиваются друг с другом. Эти столкновения возбуждают атомы газа в плазме, и они испускают фотоны.

Атомы ксенона и неона, использующиеся в плазменных панелях, в возбужденном состоянии испускают фотоны света. В основном это фотоны ультрафиолета, которые не видны невооруженным глазом, но, они могут активировать видимые фотоны света.

В плазменных панелях ксенон и неон содержится в сотнях маленьких микрокамер, расположенных между двумя стеклами. С обеих сторон, между стеклами и микрокамерами, располагаются два длинных электрода.

Управляющие электроды расположены под микрокамерами, вдоль тылового стекла. Прозрачные сканирующие электроды, окруженные слоем диэлектрика и покрытые защитным слоем оксида магния, расположены над микрокамерами, вдоль фронтального стекла.

Электроды расположены крест на крест во всю ширину экрана. Сканирующие электроды расположены горизонтально, а управляющие электроды - вертикально. Вертикальные и горизонтальные электроды формируют прямоугольную сетку. Для ионизации газа в определенной микрокамере, процессор заряжает электроды непосредственно на пересечении с этой микрокамерой. Тысячи подобных процессов происходят за долю секунды, заряжая по очереди каждую микрокамеру.

Когда пересекающиеся электроды заряжены (один отрицательно, а другой положительно), через газ в микрокамере проходит электрический разряд. Как было сказано ранее, этот разряд приводит заряженные частицы в движение, вследствие чего атомы газа испускают фотоны ультрафиолета.

МИФЫ о плазменных панелях:

1. Плазменные панели излучают много радиации.

Это утверждение является самым нелепым из всех, особенно принимая во внимание тот факт, что ЭЛТ монитор, с которого Вы возможно и читаете эти строки, излучает гораздо больше радиации, чем плазменная панель.

Плазменные панели распространяют небольшое количество ультрафиолетового излучения, которое можно не принимать в расчет, так как это излучение простирается не более чем на 3 сантиметра от экрана.

Из-за того, что пиксели подсвечиваются, радиация “содержится” в них самих. А в телевизорах с трубкой этого не происходит, поскольку там используется электронная пушка, которая обстреливает экран электронами для того, что бы подсветить нанесенный на него люминофор.

Это приводит к излучению небольших порций радиации на расстояние чуть более 30 сантиметров от экрана.

Однако нет повода для беспокойства: как электронно-лучевые трубки, так и плазменные панели соответствуют стандарту о ТВ радиации, принятому Организацией по Контролю над Продуктами Питания и Медикаментами США, в 1969 году.

2. Плазменные панели чрезвычайно подвержены выгоранию.

Выгорание или удержание изображения является результатом повреждения пикселей, люминофор которых преждевременно состарился, в результате чего они светятся менее ярко, по сравнению с окружающими их пикселями.

Причиной тому является то, что поврежденный пиксель “запомнил” цветовую информацию, которая ему регулярно передавалась, заставляя его постоянно гореть одним цветом. Фактически, эта цветовая информация может проникать в стекло экрана, и, в случае постоянного удержания изображения, так и происходит.

В случае, если люминофор поврежден, пиксели не могут производить тот же уровень света что и окружающие их. Однако пиксели особо не страдают от выгорания.

Как правило, выгорание происходит в местах статического изображения, которое долго отображается на экране, например сетевых логотипах, пиктограммах, рамках Интернет проводников и т.п.

В конце концов, выгорание плазменных панелей не должно являться поводом для большого беспокойства у обычных пользователей. При должном внимании, большинство плазменных панелей возможно никогда не будут иметь проблемы с удержанием изображения.

Возможно лишь появления временного потускнения, однако, это не повод для беспокойства. На самом деле основной причиной возникновения постоянных выгораний является невнимательность к тому, что и в течение какого времени Ваша панель показывает.

Преимущества плазменных панелей:

1. Большая поверхность излучения.

2. Высокий уровень контрастности и глубины цветов, особенно по черному.

3. Богатство оттенков и хорошая цветонасыщенность.

4. Более натуральная передача движений.

Возможные недостатки плазменных панелей:

1. Экран может выгорать как следствие высокой рабочей температуры.

2. Генерируется большее количество тепла.

3. Видна пикселизация - сегменты, зерно. Особенно - при отклонении угла обзора по вертикали.

4. Средний ресурс составляет 30 000 часов, то есть 9 лет, исходя из 8 часов просмотра в день.

Преимущества ЖК-панелей:

1. Низкая рабочая температура исключает выгорание экрана.

2. Апробированная технология

3. Широкий угол обзора, особенно по вертикали.

4. Высокие показатели работы особенно по контрастности, яркости, интенсивности цвета.

5. Ресурс определен в 60,000 часов, после чего заменяется источник света (лампа), но не экран.

6. Небольшое потребление энергии, экран не излучает радиацию

Возможные недостатки ЖК-панелей:

1. Контрастность и интенсивность основных цветов подавляют полутона и оттенки.

2. Проблема шлейфа (остаточного изображения или «кадра-призрака») не искоренена окончательно и усложняет качественную натуральную передачу движения

3. Возможность обесцвечивания пикселей в виде черных или белых точек.

E-Ink или электронная бумага

Электронная бумага - технология отображения информации, разработанная для имитации обычной печати на бумаге и основанная на явлении электрофореза. В отличие от традиционных плоских жидкокристаллических дисплеев, в которых используется просвет матрицы для формирования изображения, электронная бумага формирует изображение в отражённом свете, как обычная бумага, и может хранить изображение текста и графики в течение достаточно длительного времени, не потребляя при этом электрической энергии и затрачивая её только на изменение изображения. Технология позволяет произвольно изменять записанное изображение. Электронную бумагу следует отличать от цифровой бумаги.

Электронная бумага была впервые разработана в Исследовательском Центре компании Xerox в Пало Альто (англ. Xerox's Palo Alto Research Center) Ником Шеридоном (англ. Nick Sheridon) в 1970-х годах. Первая электронная бумага, названная Гирикон (англ. Gyricon), состояла из полиэтиленовых сфер от 20 до 100 мкм в диаметре. Каждая сфера состояла из отрицательно заряженной чёрной и положительно заряженной белой половины. Все сферы помещались в прозрачный силиконовый лист, который заполнялся маслом, чтобы сферы свободно вращались. Полярность подаваемого напряжения на каждую пару электродов определяла, какой стороной повернется сфера, давая, таким образом, белый или чёрный цвет точки на дисплее.

В 90-х годах ХХ века Джозеф Якобсон (Joseph Jacobson) изобрел другой тип электронной бумаги. Впоследствии он основал корпорацию E Ink Corporation, которая, совместно с Philips, через два года разработала и вывела эту технологию на рынок.

Принцип действия был следующий: в микрокапсулы, заполненные окрашенным маслом, помещались электрически заряженные белые частички. В ранних версиях низлежащая проводка контролировала, будут ли белые частички вверху капсулы (чтобы она была белой для того, кто смотрит) или внизу (смотрящий увидит цвет масла). Это было фактически повторное использование уже хорошо знакомой электрофоретической технологии отображения, но использование капсул позволило сделать дисплей с использованием гибких пластиковых листов вместо стекла.

Не мудрено, что первыми устройствами на основе электронных чернил стали именно читалки -- электронные книги. Для их экранов компания E Ink разработала технологию Vizplex, а если быть более точным -- Vizplex Imaging Film. Пленкой (Film) экран Vizplex называют не зря, ведь технологический процесс его производства напоминает создание стального проката. На движущейся по конвейеру ленте пластика постепенно формируются элементы EPD (Electronic Paper Display) -- дисплея на основе электронной бумаги.

Производство экранов E Ink поставлено на конвейер. «Прокатный стан» формирует лист электробумаги, которая позже нарезается на требуемые размеры

После окончания этого процесса, полученные листы электронной бумаги нарезаются на экраны различного формфактора.

Компания E Ink настолько сильно ассоциирована с электронными книгами, что мало кто задумывается о том, что технология электронной бумаги может иметь другое применение. И e-book -- только одно из направлений, куда течет река электронных чернил.

Кроме потребительского рынка читалок компания E Ink активно внедряет свои высококонтрастные энергоэффективные экраны в самые разные сферы человеческой деятельности.

С этой целью она разработала технологию сегментированных дисплеев SURF. Главное их отличие от используемых в электронных книгах в том, что они отображают исключительно сегментированное, заранее заложенное в конструкцию экрана изображение. Например, полоску прогресса для цифрового термометра (indicators display), цифровые (numeric display) или буквенно-цифровые (alpha-numeric display) ячейки.

Сегментированные дисплеи E Ink SURF могут быть размером с ноготь или лист бумаги. Их цель -- отображение заранее определенных символов и картинок

В этом смысле дисплеи SURF отлично подходят для различных устройств, где требуется отображение некоторой фиксированной по объему информации и в то же время предъявляются требования к контрастности экрана и его энергопотреблению.

Благодаря E Ink SURF дисплеям компания Lexar Media смогла выпустить линейку flash-накопителей JumpDrive с прогресс-баром, который отображает заполненность накопителя, а компания Motorola в 2006 году анонсировала линейку сверхбюджетных телефонов MOTOFONE. Некоторые производители целиком ориентируют свой бизнес именно на этот тип дисплеев. Например, компания Phosphor Watches выпускает недорогие и элегантные часы на основе SURF.

USB-флэшки Lexar JumpDrive имеют индикатор заполненности на базе E Ink SURF.

Удачное технологическое решение -- широкая ниша для развития самых разных направлений. Изобретенная в 90-х, технология E Ink активно раскрывает свой потенциал спустя два десятилетия, внедряясь в самые разнообразные сферы человеческой деятельности. Но как и у каждой по-настоящему перспективной технологии, у E Ink имеется отличный задел на будущее. Основными исследовательскими разработками компании E Ink являются, конечно же, повышение гибкости ее дисплеев (Flexible E Ink) и создание конкурентоспособных цветных E Ink дисплеев.

Это будущее вовсе не призрачно. Прототипы и того и другого вида экранов уже проходят тестирование перед выходом на массовый рынок.

А это означает, что гибкими, цветными и анимированными электронными газетами из фантастических романов будем пользоваться мы -- люди ближайшего будущего.

жидкокристаллический монитор плазменный панель электронный

Список литературы:

www.4pda.ru/tag/e-ink/

www.bav7.narod.ru/plazma

www.mobi.ru

Размещено на Allbest.ru