Файл: Характеристики и типы мониторов для персональных компьютеров (ЭЛТ – Мониторы).pdf

До возникновения оверхед-проектора оставался один шаг. Не иначе как основополагающий принцип педагогики - наглядность - сподвиг неизвестного экспериментатора вместо 35 миллиметровых пленок использовать пленки большего формата.

В начале 60-х корпорация 3М представила первый в мире оверхед-проектор. В разное время их называли и кодоскопами, и графо проекторами. Отмечая 40-летие оверхеда, фирмы продолжают выпуск новых моделей. По сей день они остаются "рабочими лошадками" в школах и институтах, их не смогли вытеснить появившиеся позднее мультимедийные проекторы.

Первый шаг к мультимедийному проектору был сделан в конце 80-х. Сначала вместо пленки с оверхед-проектором стали использовать ЖК панель, подключенную к компьютеру. В 1987 году такую LCD панель предложила американская фирма Proxima. Помимо компьютера к панели стало возможно подключить видеомагнитофон. Таким образом, новые технологии помогли правнуку "волшебного фонаря" вновь приблизиться к кинематографу.

В 1995 году Proxima совместила в одном устройстве источник света и LCD панель, и появился мультимедийный проектор. Первые LCD проекторы работали на галогенных лампах, и световой поток их составлял не больше 300 ANSI Lm, а вес был около 9 кг. Пиксельная структура матрицы была заметна на экране, а часть светового потока терялась, проходя через матрицу. В результате поисков альтернативы появилась цифровая технология DLP.

Первый DLP проектор был создан фирмой InFocus на основе DMD кристалла, выпущенного Texas Instruments. Фирма Texas Instruments предложила совершенно новую проекционную систему DLP (Digital Light Processing - цифровая обработка света), в которой для отражения света используются миниатюрные зеркала, являющиеся компонентами DMD (Digital Micromirror Display - цифровой дисплей на основе микрозеркал). Зеркала выполняются на полупроводниковых кристаллах во многом подобно интегральным схемам. Однако вместо транзисторов кристалл DMD покрыт миниатюрными зеркалами. Подаваемый на зеркало электрический сигнал наклоняет его. В одном положении зеркало направляет свет через оптическую систему дисплея на экран; в другом - свет не попадает в объектив, выключая тем самым пиксел. Вес DLP проекторов был меньше, а картинка более однородной и естественной. Но белый цвет был недостаточно белым, цветовой фильтр для окрашивания пучка света имел три сектора: красный, зеленый или синий цвет. Позднее был добавлен "белый" сектор.

Но производители LCD проекторов тоже не останавливались в модернизации своей технологии. Вместо одной большой матрицы стали использовать три. А для увеличения световой отдачи LCD проектора на матрицы установили микролинзы.

Мультимедийные проекторы за несколько лет стали популярны во всем мире. Их используют на презентациях и совещаниях, на лекциях и в учебных тренажерах, в домашних кинотеатрах и конференц-залах, на дискотеках и в клубах. Появляется все больше производителей проекторов, а сами проекторы становятся ярче и легче. Они находят применение в различных областях жизни. На работе, и в обучении, и на отдыхе проекторы делают нашу жизнь удобнее, помогают достичь большего.

1.5 LED Мониторы

Светодиодный экран (LED screen, LED display) — устройство отображения и передачи визуальной информации (дисплей, монитор, телевизор), в котором каждой точкой — пикселем — является один или несколько полупроводниковых светодиодов (LED).

Светодиодные экраны появились на улицах наших городов относительно недавно, но сама история этого эффективного средства наружной и интерьерной рекламы насчитывает несколько десятков лет. Между изобретением самого светодиода и рекламной панели на его основе прошло более 8 десятилетий.

Эффект свечения кристаллов карбида кремния описан учеными в далеком 1907 году. Позднее, в 1923 году, способность этих веществ излучать свет при прохождении по ним электрического тока описаны Олегом Лосевым. Но до практического применения дело дошло только в конце 50-х.

Рисунок 17. Светодиод красного цвета

Первый представленный широкой публике светодиод имел красное свечение. Изобретение внедрялось с 1968 года, но проигрывало лампам накаливания вследствие небольшой яркости.

К моменту изобретения первой панели на основе LED выбор доступных цветов был расширен производителями. Теперь с их помощью стало можно выводить цветную картинку. Количество цветов в этот период ограничено зеленым, желтым, оранжевым и ранее представленным красным.

Первым экраном на светодиодах считается устройство, выполненное Дж. П. Митчеллом в 1977 году. Широкого применения изобретение не получило из-за монохромности. Как рекламный элемент она проигрывало ярким панелям из ламп накаливания.

В 1990 году в Японии изобретен синий светодиод. Этот факт оказался поворотным пунктом в развитии технологии. В системе красного, синего и зеленого можно генерировать до 16 миллионов оттенков, меняя соотношение яркости цветов.

В кластерных экранах каждый пиксель, содержащий от трех до нескольких десятков светодиодов, объединён в отдельном светоизолированном корпусе, который залит герметизирующим компаундом. Такой конструктивный элемент называется кластером.

Кластеры, образующие информационное поле экрана, закреплены при помощи винтов на лицевой поверхности экрана. От каждого кластера отходит жгут проводов, подключаемый посредством электрического разъема к соответствующей схеме управления (плате). Такой способ построения полноцветных светодиодных экранов постепенно отмирает, уступая место более технологичному матричному принципу.

Матричные светодиодные кластеры и управляющая плата объединены в единое целое — матрицу, то есть на управляющей плате смонтированы и светодиоды, и коммутирующая электроника, которые залиты герметизирующим компаундом. В зависимости от размера и разрешения экрана, количество светодиодов, составляющих пиксель, может колебаться от трех до нескольких десятков. А распределение количества светодиодов по цветам в пикселе изменяется от типа применяемых светодиодов в интересах соблюдения баланса белого.

В Лас-Вегасе на улице Фримонт-стрит сооружён светодиодный дисплей Fremont Street Experience (Опыт Фримонт-стрит) длиной 460 м. Самый большой светодиодный 3D-телевизор, занесённый в «Книгу рекордов Гиннесса», имеющий диагональ экрана 7,11 метров, был разработан украинской компанией ЕКТА и использовался для прямой трансляции финального матча Лиги чемпионов УЕФА в клубе Гётеборга (Швеция) 28 мая 2011 года.

Современный led-экран не боится влаги и мороза. Он потребляет на порядок меньше энергии, чем табло на лампах накаливания, и сравним с ним по яркости. С ростом объема производства диодов падает их себестоимость. Поэтому табло на их основе становится доступнее с каждым годом.

1.6 OLED Мониторы

Вернемся к истории развития компании Eastman Kodak. Говоря о том новом, что внесла в мировую технологию эта компания нельзя не сказать о развитии технологии создания мониторов следующего после LCD поколения, технологии OLED, в которой компания была пионером.

Еще в 1987 году ученые компании Kodak –  Ching Tang и Steve VanSlyke опубликовали статью под названием: “Organic electroluminiscent diodes”, в которой впервые было приведено описание новых тонкопленочных устройств, созданных из органических материалов, обладающих люминесцентными свойствами под воздействием электрического поля. Этот класс устройств и технология на их базе получили название OLED.

Принципиальным в этих устройствах является то, что они созданы из органических материалов и служат источниками светового излучения, т. е. активными элементами в отличие от жидких кристаллов, которые таковыми не являются.

Новый этап в развитии микроэлектроники заключается в том, что до сих пор ее элементы создавались на основе неорганических материалов: кремния, германия, арсенида галлия с металлическими проводниками. В качестве диэлектрика использовалось опять же соединение кремния — диоксид кремния.

Компанией Кодак впервые были предложены элементы с двумя органическими слоями.

На поверхности стекла был нанесен тончайший слой оксида индия, легированного оловом, который служил анодом. Он прозрачен для видимого света. На него наносился первый органический слой порядка 750 ангстрем (75 нм) ароматического диамина, затем основной светоизлучающий слой из соединения, принадлежащего к классу fluoriscent metal chelate комплексов. А сверху наносился катод из смеси марганца и алюминия с низкой работой выхода. Весь этот сэндвич имеет толщину менее 500 нм.

Рисунок 18. OLED дисплей

При приложении напряжения на этот диод порядка 2,5 В люминесцентный слой начинает испускать фотоны, их количество растет с ростом тока практически линейно. Такой элемент может при напряжении 10В создавать яркость излучения более 1000Кд на 1м², при этом OLED дисплей как минимум в 2 раза превосходит по яркости LCD экраны.

Причем максимальное значение яркости достигает величин более 100000Кд на 1м².

Максимум интенсивности свечения приходится на излучение длиной волны 550 нм (зеленый цвет).

Поначалу слабым местом такой системы была долговечность. Светимость уменьшалась вдвое после 100 часов непрерывной работы. Были проблемы с голубым участком спектра.

Однако со временем были достигнуты немалые успехи. Даже для синей области спектра срок жизни OLED элементов достигает 10000 часов, а для красной и зеленой — 40000 часов.

OLED дисплеи прошли тот же путь, что и LCD. В начале были созданы пассивные матрицы.

Пассивные матрицы PMOLED имеют строки и столбцы. Каждое пересечение строки и столбца представляет из себя OLED-диод, на котором записывается пиксель изображения. Развертка изображения осуществляется с помощью контроллера, причем за один такт активируется один пиксель. Для того, чтобы светился весь экран, необходимо подавать сигналы на все диоды, путем перебора всех строк и всех столбцов.

Рисунок 19. OLED Passive Matrix

Необходимость строчной развертки не позволяет создавать большие экраны. Обычно размеры PMOLED-дисплеев не превышают 3“ (7,5 см).

В AMOLED-дисплеях с активной матрицей каждый диод управляется индивидуально. В их конструкции тоже имеются строки и столбцы, но при этом их пересечение представляет из себя не только светоизлучающий диод, но и управляющий им транзистор. Управляющий сигнал подается на транзистор, который запоминает уровень сигнала для данной ячейки и сохраняет его до момента поступления следующего сигнала.

Однако такая конструкция потребовала разработки специальных транзисторов, они должны быть выполнены по тонкопленочной технологии и располагаться тонким плоским слоем. Такие транзисторы были созданы и получили название TFT. Изготовляются они из аморфного кремния, их свойства хуже, чем у классических, из однокристального кремния, но все же они позволили продвинуться в решении задач создания OLED-экранов. Сейчас разработан OLED дисплей уже нескольких типов.

Интересны, например, прозрачные экраны TOLED (Transparent and Top-emiting OLED), которые рассматриваются на просвет. Они обладают высоким уровнем контрастности и хорошо видны даже при высокой посторонней освещенности.

Рисунок 20. Прозрачный экран TOLED (Transparent and Top-emiting OLED)

Гибкие экраны FOLED (Flexible OLED). В них в качестве подложки используется пластик или гибкая металлическая пластина. Преимуществами такого дисплея является ультра-тонкость, прочность, долговечность и сверхнизкий вес.

1.7 Виртуальный ретинальный монитор

Технология устройств вывода, проецирующая изображение непосредственно на сетчатку глаза. В результате пользователь видит изображение, «висящее» в воздухе перед ним.

Рисунок 21. Виртуальный ретинальный монитор

В предшественниках VRD изображение формировалось непосредственно перед глазом пользователя на маленьком «экране», обычно в виде больших очков. Неудобство этих систем было связано с малым углом обзора, большим весом устройств, необходимостью фокусировки глаза на определенной «глубине» и низкой яркостью.

Технология VRD стала возможной благодаря нескольким разработкам. В частности, это появление LED-систем высокой яркости, позволившие видеть изображение при дневном свете, и появление адаптивной оптики.

Первые образцы VRD были созданы в Университете Вашингтона (Лаборатория технологий интерфейса пользователя) в 1991 году. Большая часть подобных разработок была связана с системами виртуальной реальности.