Категория: Полезно

Дисплеи мобильников




  • Не нравится
  • 0
  • Нравится





  • Дисплеи мобильников
    Словосочетание «дисплей мобильника» родилось 6 марта 1983 года, около 25 лет назад. Именно тогда компания Motorola представила первый в мире портативный сотовый телефон — он получил название DynaTAC 800X. Это было революционное событие в истории развития беспроводной связи, но тогда мало кто обратил внимание на светодиодный дисплей (две строки по семь символов в каждой) нового устройства. Тем не менее начало истории дисплея было положено.
    Настоящий же бум в развитии мобильной индустрии произошел после того, как в начале 1990-х годов появились трубки, экран которых был сделан из жидких кристаллов.

    ЖК-экраны
    Устройства с жидкокристаллическими экранами — LCD (liquid cristal display) — сегодня можно увидеть повсюду: компьютерные дисплеи (плоские панели), телевизоры, карманные компьютеры. И, разумеется, мобильники. Практически все продающиеся сегодня телефоны оснащены ЖК-экранами: монохромными (янтарными, серо-зелеными) или цветными.
    Что это за кристаллы? Они, как и твердые кристаллические вещества, например соль, обладают строго определенной структурой — кристаллической решеткой — и прозрачны для света. Но, в отличие от обычных кристаллов, жидкие могут изменять структуру под внешним воздействием (электрического тока или температуры), закручиваться, становясь при этом непрозрачными. Темные элементы на экране — это участки ЖК покрытия, на которые подан ток. Управляя током, можно создавать на экране надписи или картинки и также легко добиваться того, чтобы они исчезали.
    В простейших монохромных экранах управление пикселями (мельчайший точечный элемент поверхности) происходит по принципу «включен выключен», то есть изображение строго черно белое, а в более сложных ЖК панелях подаваемое напряжение можно изменять, получая изображение с несколькими оттенками серого цвета.
    Все усложняется для цветных дисплеев. Пиксель в цветном ЖК-дисплее формируется из трех участков: красного, зеленого и синего. Каждый из них — это независимая ячейка, расположенная над участком светофильтра синего, краснело или зеленого цвета. Именно мельчайшие цветные точки фильтров (обычно наносимых на заднее стекло подложки панели) сливаются и придают выключенным цветным экранам этот неповторимый темный «серо-буро-малиновый» цвет. На включенных же экранах для «смешения» цветов используются градации яркости каждой из трех цветовых ячеек, составляющих пиксель.

    Матрица
    Если заглянуть в словарь и посмотреть значение слова «матрица», можно увидеть примерно следующее толкование: «прямоугольная таблица каких-либо элементов, состоящая из п вертикальных столбцов, т горизонтальных строк и некой связи между ними». В нашем случае все аналогично: это сеть электродов, расположенная под жидкокристаллическим слоем экрана, каждый из которых управляет одной видимой точкой (ячейкой) дисплея.
    Формирование изображения происходит путем подачи управляющего напряжения на отдельные электроды согласно заданным координатам. При этом потревоженные кристаллы изменяют свою структуру. В зависимости от силы тока колеблется уровень искажения (поворота) кристаллов, то есть меняется их прозрачность. Это позволяет в нужной форме поляризовать белый свет электролюмипесцеитпой лампы задней подсветки и выделить тот или иной сегмент спектра, то есть выбрать нужный цвет ячейки экрана.

    Пассивный тип
    Пассивная матрица образована наложением слоев горизонтальных и вертикальных контактных полос. Если подать ток на вертикальную и горизонтальную полоски, задавая координаты, как в игре «Морской бой», то там, где эти полоски скрещиваются, кристаллы изменят структуру, и в соответствующем месте экрана можно будет видеть точку.
    В зависимости от силы тока кристаллы поворачиваются (искажаются) в большей или меньшей степени, пропуская, соответственно, больше или меньше света. В цветных дисплеях они еще и поляризуют свет. При поляризации из белого света электролюминесцентной лампы задней подсветки в нужных пропорциях «вырезаются» те или иные цветные составляющие, что в итоге и определяет цвет точки экрана.
    Кстати, именно эффект поляризации света приводит к тому, что на поверхности компакт-диска можно наблюдать радужные разводы. Отметим, что одним из основных недостатков таких экранов является их низкое быстродействие — для статичных картинок это значения не имеет, но картинки динамические, например анимированные заставки или игрушки, на таких дисплеях смотрятся неказисто.
    Сейчас применяются дисплеи с пассивной матрицей, в которых используется специальный жидкокристаллический материал STN (Super Twisted Nematic — сверх-скрученный полимер). Применение этого вещества позволяет значительно увеличить угол обзора и контрастность изображения.
    Среднестатистический современный STN-дисплей способен выдавать картинку с 65 тыс. цветов (как исключение — 260 тыс. цветов) и временем отклика матрицы в 50—60 мс. Однако таких параметров сейчас уже недостаточно для вывода полноценного изображения в разного рода мобильных приложениях. По с улучшением технологии и дальнейшим удешевлением производства STN вполне-таки сможет удержаться на плаву.

    Активный тип
    Основным отличием активной матрицы от пассивной является наличие транзисторов, расположенных на пересечении проводников, которые осуществляют управление каждым элементом экрана. За счет этого изменение состояния пикселей может происходить быстрее, в результате чего изображение становится четче и контрастнее, чем в пассивной матрице, а также его хорошо видно под большими углами.
    Такой подход получил обозначение TFT (Thin Film Transistors) - сокращение, которое сейчас у всех на слуху. Каждый пиксель такой матрицы управляется отдельно с помощью транзисторов. В основе структуры TFT-панели содержатся жидкие кристаллы, два поляризатора и две стеклянные пластины (верхняя подложка цветового фильтра и нижняя подложка массива TFT).
    Жидкокристаллическое вещество впрыскивается между этими стеклянными пластинами. Регулирование светового потока осуществляется путем изменения величины входного напряжения, подаваемого на ЖК-экран. Тем самым изменяется расположение и ориентация ЖК молекул, что приводит к соответствующему изменению объема светового потока, проходящего через них.
    При изготовлении такой панели с помощью высокоточных фотолитографических технологий на стеклянную подложку наносится узор для последовательного пошагового переноса множества электродов жидкокристаллического изображения. Количество транзисторов на стекле TFT равно числу пикселей дисплея, при этом генерацию цвета обеспечивает специальное стекло с нанесенным на него фильтром цвета. Движение жидких кристаллов вызывается появлением разности потенциалов между электродами, находящимися на стекле TFT и стекле цветового фильтра, и именно это движение приводит к генерации цвета и изменению яркости картинки.
    Пожалуй, основной недостаток дисплеев с активной матрицей — высокое энергопотребление, так как транзисторам для работы нужно дополнительное напряжение. Еще одна проблема технологии TFT — относительно небольшие углы обзора и зависимость его от внешнего освещения (примерно 150° по горизонтали и 100° по вертикали). Впрочем, все эти относительные недостатки с лихвой окупаются сравнительной дешевизной производства.

    UFB и TFD
    Работа по улучшению концепции LCD ведется сейчас в каждой крупной компании, выпускающей дисплеи. Некоторые из них получаются настолько удачными, что начинают существовать как отдельные технологии. За примером далеко ходить не придется — доказательством послужит ноу-хау компании Samsung под названием UFB (Ultra Fine & Bright).
    Судя по названию, эта технология позволяет добиться качественного и яркого изображения. Заявленные разработчиком характеристики говорят, что UFB по энергозатратам сопоставим с STN, по яркости и отображению цвета стоит на одном уровне с TFT, а вот по контрастности немного уступает обычной транзисторной схеме. Угол обзора UFB-дисилеев также весьма и весьма приличен.
    Естественным врагом телефонов с UFB-дисплеями уже долгое время являются мобильники с TFD-экраном (Thin Film Diode). Это своеобразный компромисс между схемами с активной и пассивной матрицами, в котором в качестве управляющих элементов используются диоды. Они позволяют получить дисплей, не намного уступающий TFT но качеству передачи динамического цветного изображения, при почти таком же потреблении энергии, что и при использовании технологии STN.

    Органические дисплеи
    Брешь в засилье ЖК-дисплеев пробила новая технология OLED (Organic Light Emitting Diodes) — электролюминесцентные дисплеи на органических светоизлучающих полупроводниках. Первый такой дисплей, представленный Sony еще в 2002 году, обладал яркостью в 300 кд/м2, а показатель контрастности достигал 300:1.
    Главное отличие OLED-дисплеев от всех остальных состоит в том, что им не нужны лампы подсветки, поскольку в таких дисплеях светятся непосредственно элементы поверхности. И светятся ярко, в десятки раз ярче, чем ЖК-экраны! При этом они потребляют гораздо меньше электроэнергии, обеспечивают хорошую цветопередачу, высокую контрастность, большой угол обзора (до 180°), могут иметь широкий цветовой охват, а также способны реагировать в 100—1000 раз быстрее своих конкурентов, что оценят владельцы телефонов с видеопроигрывателем. Из недостатков отметим относительно низкое «время жизни».
    По толщине органические дисплеи соизмеримы с обычным оконным стеклом, есть даже гибкие образцы, которым прочат большое будущее в качестве тех же экранов большого формата. Их можно будет при необходимости выдвинуть из телефона, а после использования такой экран вновь скатается в рулончик внутри корпуса аппарата. Правда, пока что встретить в России телефон с таким дисплеем можно сравнительно нечасто.

    LTPS
    Что касается дисплеев с высоким разрешением и большим количеством отображаемых цветов — LTPS (Low Temperature Polysilicon), — то здесь используется низкотемпературный поликристаллический кремний. Таковым называется материал, состоящий из большого числа микроскопических (от десятых долей микрона до нескольких микрон) кристаллов кремния.
    Обычная технология его изготовления при производстве полупроводников состоит из двух этапов — химического осаждения из газовой фазы при пониженном давлении (LPCVD) и кристаллизации твердой фазы (SPC). При этом второй процесс проходит при температурах выше 900 °С, что неприемлемо при производстве ЖК панелей, поскольку температура плавления стекла примерно на треть ниже. (Можно использовать кварцевую подложку, но при сколько-нибудь больших диагоналях это «зверски» дорогое развлечение.)
    Ясно, что взамен второй фазы необходимо каким-то хитрым способом извернуться и кристаллизовать кремний при такой температуре, когда стекло еще не плавится. Назовем три из них — MIC, Cat-CVD и ELA. При технологии MIC пленка перед отжигом металлизируется, что позволяет кристаллизовать кремний при температурах порядка 500 °С. Технология Cat-CVD позволяет осаждать на подложке уже кристаллизованный кремний (температура — около 300 °С). Наконец, самый распространенный метод — ELA (лазерный отжиг). Здесь аморфный кремний с пониженным содержанием водорода расплавляется эксимерным лазером и после этого кристаллизуется (температура — около 400 °С).
    LTPS чрезвычайно важен и для OLED-панелей, которым сулят фантастические перспективы в качестве альтернативы ЖК. Помимо рассмотренных способов производства LTPS в настоящее время испытываются и другие: основное направление разработок — поиск недорогой технологии, позволяющей создавать большие ЖК-панели.

    E-ink
    Ходят слухи, что это еще одна перспективная технология. Уже созданы рабочие черно-белые образцы, но с реализацией цветности есть проблемы. Самый простой дисплей на электронных чернилах состоит из двух слоев: белого (верхнего) и черного (специальные чернила) под белым. Под действием тока частицы нижнего слоя могут проходить в верхний (и возвращаться обратно), создавая требуемую картинку.
    Ток на слои можно подавать как с помощью пассивной, так и с помощью активной матрицы. По заверениям компании-разработчика, электронно-чернильные дисплеи теоретически могут иметь очень низкое энергопотребление (точные данные не сообщаются) и сохранять картинку даже при выключенном питании. Звучит довольно заманчиво, но надо посмотреть, как же в итоге это будет выглядеть.

    Комментарии

    
    Имя:*
    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
    *