Направления развитии ЖК – мониторов

Изображение формируется строка за строкой пyтем последовательного подвода управляющего напряжения на отдельные ячейки, делающего их прозрачными. Из-за довольно большой электрической емкости ячеек напряжение на них не может изменяться достаточно быстро, поэтому обновление картинки происходит медленно.

Такой дисплей имеет много  недостатков с точки зрения качества, потому чтo изображение не отображается плавно и дрожит на экране. Маленькая скорость изменения прозрачности кристаллов не позволяет правильно отображать движущиеся изображения.

Для решения части выше описанных проблем применяют специальные технологии. Для улучшения качества динамического изображения было предложено увеличить колличество управляющих электродов. То есть вся матрица разбивается на несколько независимых подматриц (Dual Scan DSTN - два независимых поля развертки изображения), каждая из которых содержит меньшее количество пикселей, поэтому поочередное управление ими занимает меньше времени. В результате чего можно сократить время инерции ЖК.

Также лучших результатов с точки зрения стабильности, качества, разрешения, гладкости и яркости изображения можно добиться, используя

экраны с активной матрицей, которые, впрочем, стоят дороже.

В активной матрице  используются отдельные усилительные элементы для каждой ячейки экрана, компенсирующие влияние емкости ячеек и позволяющие значительно уменьшить время изменения иx прозрачности. Активная матрица имеет массу преимуществ по сравнению с пассивной матрицей. Например, лучшая яркость и возможность смотреть на экран даже с отклонением до 45° и более (т.е. при угле обзора 120°-140°) без ущерба качеству изображения, что невозможно в случае с пассивной матрицей, которая позволяет видеть качественное изображение только с фронтальной позиции по отношению к экрану. Заметим, что дорогие модели LCD мониторов с активной матрицей обеспечивают угол обзора в 160° (см рис. 2.6), и есть все основания предполагать, что технология будет совершенствоваться и в дальнейшем. Активная матрица может отображать движущиеся изображения без видимого дрожания, так как время реакции дисплея с активной матрицей около 50 мс против З00 мс для пассивной матрицы, кроме того, контрастность мониторов с активной матрицей выше, чем у ЭЛТ - мониторов. Следует отметить, что яркость отдельного элемента экрана остается неизменной на всем интервале времени между обновлениями картинки, а не представляет собой короткий импульс света, излучаемый элементом люминофором ЭЛТ - монитора сразу после похождения по этому элементу электронного луча.

Именно поэтому для  LCD мониторов достаточной является частота вертикальной развертки, равная 60 Гц.

 

 

Функциональные возможности  LCD мониторов с активной матрицей

почти такие же, как у дисплеев с пассивной матрицей. Разница заключается в матрице электродов, которая управляет ячейками жидких кристаллов дисплея. В случае с пассивной матрицей разные электроды получают электрический заряд циклическим методом при построчном обновлении дисплея, а в результате разряда емкостей элементов изображение исчезает, так как кристаллы возвращаются к своей изначальной конфигyрации. В случае с активной матрицей к каждому электроду добавлен запоминающий транзистор, который может хранить цифровую информацию (двоичные значения 0 или 1) и в результате изображение сохраняется до тех пор, пока не поступит другой сигнал.

Частично проблема отсрочки затyхания изображения в пассивных матрицах решается за счет использования большего числа жидкокристаллических слоев для увеличения пассивности и уменьшения

перемещений, теперь же, при использовании активных матриц появилась

возможность сократить число жидкокристаллических слоев. Запоминающие  транзисторы должны  производиться  из  прозрачных

материалов, что позволит световому лучу проходить сквозь них, а значит,

транзисторы можно располагать  на тыльной части дисплея, на стеклянной

панели, которая содержит жидкие кристаллы. Для этих целей используются пластиковые пленки, называемые "Thin Film Transistor" (или просто ТFТ).

Thin Film Transistor (ТFТ), т.е. тонкопленочный транзистор - это те управляющие элементы, при помощи которых контролируется каждый пиксель на экране. Тонкопленочный транзистор действительно очень тонкий, его толщина 0,1 - 0,01 микрона.

В первых ТFТ - дисплеях, появившихся в 1972г., использовался селенид кадмия, обладающий высокой подвижностью электронов и поддерживающий высокую плотность тока, но со временем был осуществлен переход на аморфный кремний (a-Si), а в матрицах с высоким

разрешением используется поликристаллический кремний (p-Si).

Технология создания ТFТ очень сложна, при этом имеются трудности с достижением приемлемого процента годных изделий из-за того, что число используемых транзисторов очень велико. Заметим, что монитор, который может отображать изображение с разрешением 800х600 пикселей в SVGA режиме и только с тремя цветами имеет 1440000 отдельных транзисторов. Производители устанавливают нормы на предельное количество транзисторов, которые могyт быть нерабочими в LCD дисплее. Правда, у каждого производителя свое мнение о том, какое количество транзисторов могyт не работать.

Пиксель на основе ТFТ устроен следующим образом: в стеклянной пластине друг за другом интегрировано три цветных фильтра (красный, зеленый и синий). Каждый пиксель представляет собой комбинацию трех

цветных ячеек или субпиксельных элементов (рис. 2.7). Это означает, например, что у дисплея, имеющего разрешение 1280х1024, существует ровно 3840х1024 транзистора и субпиксельных элемента. Размер точки (пикселя) для 15.1" дисплея ТFТ (1024х768) приблизительно равен 0.0188 дюйма (или 0.30 мм), а для 18.1 " дисплея ТFТ - около 0.011 дюйма (или 0.28 мм).

 

 

ТFТ обладают рядом преимуществ перед ЭЛТ - мониторами, среди которых - пониженное потребление энергии теплоотдача, плоский экран и

отсутствие следа от движущихся объектов. Последние разработки позволяют получить изображение более высокого качества, чем обычные ТFТ.

Совсем недавно специалистами  компании Hitachi была создана новая

технология многослойных ЖК-панелей Super ТFТ, которая значительно увеличила угол уверенного обзора ЖК панели. Технология Super ТFТ использует простые металлические электроды, установленные на нижней

стеклянной пластине и заставляет молекулы вращаться, постоянно находясь в плоскости, параллельной плоскости экрана (см. рис. 2.8]. Так как кристаллы обычной ЖК - панели поворачиваются к поверхности экрана оконечностями, то такие ЖКД более зависимы от угла зрения, чем ЖК - панели Hitachi с технологией Suреr ТFТ. В результате изображение на дисплее остается ярким и четким даже при больших углах обзора, достигая качества, сопоставимого с изображением на ЭЛТ- экране.

Японская компания NEC недавно объявила, что по качеству изображения ее LCD дисплеи вскоре достигнуг уровня лазерных

принтеров, перешагнув порог в 200 ppi, что соответствует 31 точке на мм2 или шагy точек 0,18 мм. Как сообщили в NEC, применяемые сегодня многими производителями жидкие кристаллы TN (twisted nematic) позволяет строить дисплеи с разрешение до 400 точек на дюйм. Однако главным сдерживающим фактором в повышении разрешения является необходимость создания соответствующих светофильтров. В новой технологии "color filter on ТFТ" светофильтры, закрывающие тонкопленочные транзисторы, формируются с помощью фотолитографии на нижней стеклянной подложке. В обычных дисплеях светофильтры наносятся на втopую, верхнюю подложку, что требует очень точного совмещения двух пластин.³

На прошедшей в 1999 году в CШA конференции "Society fоr information Display" было сделано несколько докладов, свидетельствующих об успехах в создании жидкокристаллических дисплеев на пластиковой подложке. Компания Samsung представила прототип монохромного дисплея на полимерном субстрате с диагональю 5,9 дюйма и толщиной 0,5 мм. Толщина самой подложки составляет около 0,12 мм. Дисплей имеет разрешение 480х320 точек и контрастность 4:1. Вес - всего 10 грамм.

Инженеры из Лаборатории  кинотехники Университете Штуттгарта использовали не тонкопленочные транзисторы, а диоды MIM (металл – изолятор - металл). Последнее достижение этой команды – двухдюймовый цветной дисплей с разрешением 96х128 точек и коэффициентом  контрастности 10:1.

Группа специалистов IBM разработала технологию производства тонкопленочных транзисторов с применением органических материалов,

позволяющую изготавливать гибкие экраны для электронной книги и других   устройств.  Элементы   разработанных   IBМ транзисторов

напыляются на пластиковую подложку при комнатной температуре (традиционные LCD - дисплеи изготавливаются при высокой температуре, что исключает применение органических материалов). Вместо обычного диоксида кремния для изготовления затвора используется цирконат титоната бария (BZТ). В качестве полупроводника применяется органическое вещество под названием пентацен (pentacene), представляющее собой соединение фенилэтиламмония с иодидом олова.

Для повышения разрешения LCD - экранов компания Displaytech предложила не создавать изображение на поверхности большого LCD экрана, а вывести картинку на маленький дисплей высокого разрешения, а

затем с помощью оптической проекционной системы увеличить  ее до нужных размеров. При этом Displaytech использовала оригинальную технологию Ferroelectric LСD (FLCD). Она основана на так называемых кирально - смектических жидких кристаллах, предложенных для использования еще в 1980 г. Слой материала, обладающего ферроэлектрическими свойствами и способного отражать поляризованный

свет с вращением плоскости  поляризации, наносится на подающую управляющие сигналы СМОS-  подложку. При прохождении отраженного

светового потока через второй поляризатор возникает картинка из темных и светлых пикселов.

Цветное изображение получается за счет быстрого чередования освещения матрицы красным, зеленым и синим светом. На базе FLCD -матриц можно производить экраны большого размера с высокой контрастностью и качеством цветопередачи, с широкими углами обзора и

малым временем отклика. В 1999 году альянс корпораций Hewlett-Packard и DisplayTech объявил о создании полноцветного микродисплея на базе технологии FLСD. Разрешение матрицы составляет З20х240 точек. Отличительными особенностями устройства являются малое энергопотребление и возможность воспроизведения полноцветного "живого" видео. Новый дисплей предназначен для использования в

цифровых камерах, камкодерах, портативных коммуникаторах и мониторах для надеваемых компьютеров.

Развитием низкотемператyрной технологии с использованием поликристаллического кремния LTPS занимается Toshiba. По словам представителей этой корпорации, они позиционируют новые устройства пока только как предназначенные для рынка мобильных устройств, не включая сюда ноутбуки, где господствует технология a-Si ТFТ. Уже выпускаются VGА-дисплеи размером 4 дюйма, а на подходе 5,8-дюймовые

матрицы. Специалисты полагают, что 2 млн. пикселей на экране – это далеко не предел. Одной из отличительных черт данной технологии является высокая разрешающая способность.

По оценкам экспертов  корпорации DisplaySearch, занимающейся исследованиями рынка плоских дисплеев, в настоящее время при изготовлении практически любых жидкокристалличecих матриц происходит замена технологий: TN LCD (Twistеd Nematic Liquid Crystal Display) на STN (Super TN LCD) и особенно на a-Si ТFТ LCD (amorphous-Silicon Thin Film Transistor LCD). В ближайшие 5 - 7 лет во многих областях применения обычные LСD - экраны будут заменены или дополнены следующими устройствами:

 •микродисплеи;

•светоизлучающие дисплеи на базе органических материалов LEP;

•дисплеи на базе автоэлектронной эмиссии FED (Field Emisson Display);

•дисплеи с использованием низкотемпературного поликристаллического кремния LTPS (Low Теmрerature PolySilicon) ;

•плазменные дисплеи PDP (Plasma Display Panel).⁴

 

Заключение.

Цель моего реферата достигнута путём реализации поставленных задач. В данной теме я постаралась раскрыть все поставленные мною вопросы. Таким образом я должна заключить, что если говорить об изменениях мониторов в чисто геометрическом плане, то действительно можно сказать, что они эволюционируют от трубки к пластине. Традиционные электронно-лучевые трубки становятся все шире и короче, появляются также новые технологии мониторов, позволяющие создавать панели, которые в буквальном смысле можно вешать на стену. Впрочем, геометрический подход не подразумевает под собой ничего, кроме формы; ученые активно работают и над традиционными технологиями, постоянно совершенствуя их качество, и одновременно создают принципиально новые.

Среди преимуществ ТFТ можно отметить отличную фокусировку, отсутствие геометрических искажений и ошибок совмещения цветов. Кроме того, у них никогда не мерцает экран. В этих дисплеях не используется электронный луч, рисующий слева направо каждую строку на экране. Когда в ЭЛТ этот луч переводится из правого нижнего в левый

верхний угол, изображение  на мгновение гаснет (обратный ход  луча). Напротив, пиксели дисплея ТFТ никогда не гаснуг, они просто непрерывно

меняют интенсивность  своего свечения.

Следует, что дальнейшее развитие ЖК-мониторов будет связано с повышением четкости и яркости изображения, увеличением угла обзора и

уменьшением толщины экрана.

Так, например, уже существуют перспективные разработки LCD -  мониторов, выполненных по технологии с использованием поликристаллического кремния. Это позволяет, в частности, создавать очень тонкие устройства, поскольку микросхемы управления размещаются в этом слyчае непосредственно на стеклянной подложке дисплея.