Файл: Характеристики и типы мониторов для персональных компьютеров, технологии PHOLED, TOLED, SOLED и FOLED.pdf

К тому же, совершенствование ЖК технологий позволило применять их не только в телевидении и дисплеях для ПК, но и для цифровых информационных дисплеев больших размеров экрана.

1.3. Плазменные мониторы

Разработка плазменных панелей, работа которых основана на излучении света при разряде в инертном газе, началась в конце семидесятых годов прошлого века.

Их достоинством является высокая яркость, широкий угол обзора, большая информационная емкость и высокая надежность работы при отрицательных температурах [4]. Такие панели используются, в основном, как информационные табло в местах большого скопления людей (стадионы, вокзалы, концертные залы), домашние кинотеатры, мониторы для ПК.

Конструкция панели состоит из трех стеклянных пластин, на две из которых нанесены тонкие прозрачные проводники: на одну пластину – горизонтально, а на другую – вертикально. Между ними находится третья пластина, в которой в местах пересечения проводников двух первых пластин имеются сквозные отверстия, это и есть пиксели. Эти отверстия при сборке панели заполняются инертным газом (неоном или аргоном).

При подаче высокочастотного напряжения на один из вертикально и один из горизонтально расположенных проводников в отверстии, находящемся на их пересечении, возникает газовый разряд. Плазма газового разряда излучает свет в ультрафиолетовой части спектра, который вызывает свечение частиц люминофора в диапазоне, видимом человеком. Фактически, каждый пиксел на экране работает, как обычная лампа дневного света [1]. Схема такого монитора представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Плазменный монитор и его структура.

Люминофоры излучают один из основных цветов: красный, зеленый или синий. Затем цветной свет проходит через стекло и попадает в глаз пользователя. Таким образом, в плазменной технологии пиксели работают, подобно люминесцентным трубкам, но создание панелей из них довольно проблематично. Первая трудность - размер пикселя. Суб-пиксель плазменной панели имеет объем 200 мкм x 200 мкм x 100 мкм, а на панели нужно уложить несколько миллионов пикселей, один к одному. Во-вторых, передний электрод должен быть максимально прозрачным. Для этой цели используется оксид индия и олова, поскольку он проводит ток и прозрачен. К сожалению, плазменные панели могут быть такими большими, а слой оксида настолько тонким, что при протекании больших токов на сопротивлении проводников будет падение напряжения, которое сильно уменьшит и исказит сигналы. Поэтому приходится добавлять промежуточные соединительные проводники из хрома - он проводит ток намного лучше, но, к сожалению, непрозрачен [6].

Дисплей с такой панелью не только тоньше ЭЛТ-мониторов, но и поддерживает высокую яркость и контрастность, а изображение на нем хорошо различимо даже в освещенной комнате. Различные цветовые характеристики обеспечиваются типом инертного газа и характеристиками люминофора. При этом, плазменные мониторы имеют весьма ограниченный срок службы в силу того, что со временем снижается способность слоя люминофора излучать свет, и соответственно яркость экрана падает.

Достоинством плазменных панелей является то, что на нее можно смотреть практически под любым углом. Современные плазменные панели способны достигать яркости более 400 кандел на квадратный метр, что позволяет использовать их в хорошо освещенных помещениях.

Главными недостатками такого типа мониторов являются довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора, и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Из-за этих ограничений такие мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, то есть там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации.

Еще одной проблемой остается адресация пикселей, поскольку, чтобы получить требуемый оттенок нужно менять интенсивность цвета независимо для каждого из трех суб-пикселей. На плазменной панели 1280x768 пикселей присутствует примерно три миллиона суб-пикселей, что дает шесть миллионов электродов. Как вы понимаете, проложить шесть миллионов дорожек для независимого управления суб-пикселями невозможно, поэтому дорожки необходимо мультиплексировать. Передние дорожки обычно выстраивают в цельные строчки, а задние - в столбцы. Встроенная в плазменную панель электроника с помощью матрицы дорожек выбирает пиксель, который необходимо зажечь на панели. Операция происходит очень быстро, поэтому пользователь ничего не замечает, - подобно сканированию лучом на ЭЛТ-мониторах [6].

1.4. OLED-мониторы

OLED-мониторы содержат в своей конструкции органические светодиоды, представляющие собой многослойные тонкопленочные структуры, изготовленные из органических соединений, которые эффективно излучают свет при пропускании через них электрического тока. Основное применение технология OLED находит при создании устройств отображения информации (дисплеев, в том числе и мониторов для ПК).

Рисунок 4. Схема двухслойной OLED-панели: 1. Катод (-), 2. Эмиссионный слой, 3. Выделенное излучение, 4. Проводящий слой, 5. Анод (+).

Для создания органических светодиодов используются тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких полимеров. При пропускании через такую структуру электрического тока инжектируемые из контактов электроны и дырки по слоям 2 и 4 с высокой электронной и дырочной проводимостью подводятся к активной области 3. В этой области они захватываются на электронные состояния молекулы красителя и возбуждают в ней флуоресцентное или фосфоресцентное излучение [6].

Каждый пиксель цветного OLED-дисплея формируется из трех составляющих – органических ячеек, отвечающих за синий, зеленый и красный цвета.

В основе OLED лежат пассивные и активные матрицы управления ячейками.

Пассивная матрица представляет собой массив анодов, расположенных строками, и катодов, расположенных столбцами. Чтобы подать заряд на определенный органический диод, необходимо выбрать нужный номер катода и анода, на пересечении которых находится целевой пиксель, и пустить ток. Используется в монохромных экранах с диагональю 2-3 дюйма (дисплеи сотовых телефонов, электронных часов, различные информационные экраны техники).

Активная матрица: как и в случае ЖК-мониторов, для управления каждой ячейкой OLED используются транзисторы, запоминающие необходимую для поддержания светимости пикселя информацию. Управляющий сигнал подается на конкретный транзистор, благодаря чему ячейки обновляются достаточно быстро. Для этого используются тонкопленочные транзисторы. Создается массив транзисторов в виде матрицы, который накладывается на подложку прямо под органический слой дисплея.

В OLED-мониторах есть существенный недостаток – маленький срок службы люминофоров некоторых цветов (порядка 2-3 лет) и, как следствие, невозможность создания долговечных полноценных TrueColor дисплеев

Дороговизна и неотработанность технологии по созданию больших матриц – главная проблема для OLED. Время непрерывной работы должно быть не меньше 15 тысяч часов, а "красный" OLED и "зеленый" OLED могут непрерывно работать на десятки тысяч часов дольше, чем "синий" OLED.

Это визуально искажает изображение.

Не смотря на это, OLED-мониторы имеют ряд преимуществ по сравнению c ЖК-дисплеями и другими аналогами. К примеру, они имеют меньшие габариты и вес, в их конструкции нет необходимости в подсветке. Также в OLED-мониторе отсутствует такой параметр, как угол обзора – изображение видно без потери качества с любого угла. Они имеют более качественную цветопередачу (высокий контраст), более низкое энергопотребление при той же яркости. С помощью такой технологии появилась возможность производить гибкие дисплеи [6].

Максимальная яркость OLED – 100 000 кандел на квадратный метр (для сравнения, у ЖК-панелей максимум составляет 500 кандел на квадратный метр, причем такая яркость в ЖК-монитора достигается только при определенных условиях). При освещении дисплея ярким лучом света на некоторых мониторах появляются блики, а картинка на OLED-экране останется яркой и насыщенной при любом уровне освещенности (даже при прямом попадании солнечных лучей на дисплей).

По показателям контрастности OLED-монитор также является лидером. Это можно проследить на рисунке 5. Устройства, снабженные OLED-дисплеями, обладают контрастностью 1000000:1.

Рисунок 5. Сравнения изображения на дисплеях ЖК и LED.

Также технология OLED позволяет смотреть на дисплей с любой стороны и под любым углом, причем без потери качества изображения.

Еще OLED-мониторы потребляют достаточно небольшое количество электроэнергии – всего около 25 Вт. КПД OLED-дисплея близко к 100 %.

Энергопотребление же FOLED, PHOLED еще ниже. Это основные направления исследований разработчиков OLED-панелей. Далее рассмотрим их более подробно.

Не смотря на то, что мониторы, работающие по технологии OLED имеют множество преимуществ перед аналогами, они еще не вошли в массовое производство. Дело в том, что производство таких дисплеев очень сложное и они получаются слишком дорогими. Возможно, что в будущем у разработчиков получится удешевить производство и исправить некоторые недостатки OLED-мониторов и тогда они смогут превзойти конкурентов по всем параметрам.

1.5. Технологии PHOLED, TOLED, SOLED и FOLED

В технологии PHOLED используется принцип электрофосфоресценции, чтобы преобразовать до 100 % электрической энергии в свет.

К примеру, традиционные флуоресцентные OLED преобразовывают в свет приблизительно 25-30 % электрической энергии. Из-за их чрезвычайно высокого уровня эффективности энергии, даже по сравнению с другим OLED, PHOLED изучаются для потенциального использования в больших дисплеях типа телевизионных мониторов или экранов для потребностей освещения. Потенциальное использование PHOLED для освещения: можно покрыть стены гигантскими PHOLED-дисплеями. Это позволило бы всем комнатам освещаться равномерно, вместо использования лампочек, которые распределяют свет неравномерно по комнате [6].

Также к преимуществом PHOLED-дисплеев можно отнести яркие, насыщенные цвета, а также достаточно долгий срок службы [6].

Другим направлением исследований является технология TOLED.

TOLED – технология, позволяющая создавать прозрачные дисплеи, а также достигнуть более высокого уровня контрастности.

Прозрачные TOLED -дисплеи: направление излучения света может быть только вверх, только вниз или в оба направления. TOLED может существенно улучшить контраст, что улучшает читабельность дисплея при ярком солнечном свете.

Так как TOLED на 70 % прозрачны при выключении, то их можно крепить прямо на лобовое стекло автомобиля, на витрины магазинов или для установки в шлеме виртуальной реальности.

Также прозрачность TOLED позволяет использовать их с металлом, фольгой, кремниевым кристаллом и другими непрозрачными подложками для дисплеев с отображением вперед (могут использоваться в будущих динамических кредитных картах). Прозрачность экрана достигается при использовании прозрачных органических элементов и материалов для изготовления электродов.

Главная особенность FOLED-дисплея – это гибкость. Для создания таких дисплеев используется пластик или гибкая металлическая пластина в качестве подложки с одной стороны, и OLED-ячеек и герметичной тонкой защитной пленки – с другой. Преимущества FOLED: ультратонкость дисплея, сверхнизкий вес, прочность, долговечность и гибкость, которая позволяет применять OLED- панели в самых неожиданных местах.

SOLED - технология производства дисплеев, использующая следующую архитектуру: изображение подпикселов складывается (красные, синие и зеленые элементы в каждом пикселе) вертикально вместо того, чтобы располагаться рядом, как это происходит в ЖК-дисплее или электронно-лучевой трубке. В SOLED каждым элементом подпиксела можно управлять независимо. Цвет пиксела может быть отрегулирован при изменении тока, проходящего через три цветных элемента (в монохромных дисплеях используется модуляция ширины импульса). Яркостью управляют, меняя силу тока [6].

Приемущества SOLED: высокая плотность заполнения дисплея органическими ячейками, посредством чего достигается хорошее разрешение, а значит, высококачественная картинка.

Глава 2. Основные характеристики мониторов