Реферат: Электронные дисплеи:. Реферат электронные чернила

Реферат Электронные чернила

Реферат на тему:

План:

Введение
• 1 История разработки
• 2 Технология
  • 2.1 Электронные чернила
  • 2.2 Многоцветная (полихромная) электронная бумага
• 3 Преимущества и недостатки
• 4 Применение
  • 4.1 Электронные книги
  • 4.2 Электронные газеты
  • 4.3 Дисплеи для телефонов
  • 4.4 Дисплеи в смарт-карте
  • 4.5 Уличные плакаты и объявления
• 5 Альтернативные технологии
Источники

Введение

Электронная книга — устройство, в котором используется электронная бумага

Электро́нная бума́га (англ. e-paper, electronic paper; также электронные чернила, англ. e-ink) — технология отображения информации, разработанная для имитации обычной печати на бумаге, в которой используется электрофорез. 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.

1. История разработки

Электронная бумага была разработана в процессе совершенствования устройств отображения информации. ЖК-дисплеи на момент создания электронной бумаги уже были одними из самых экономичных устройств, имеющих в статическом режиме потребление на уровне единиц микроампер и даже менее, и не требовавших затрат энергии на излучение света, так как являлись устройствами светомодулирующего типа. Но, во-первых, они обладали большими световыми потерями в силу наличия в их конструкции двух поляризаторов и сравнительно малой оптической плотности «включённых» ЖК — из чего следуют достаточно низкие яркость с контрастностью получаемого изображения и достаточно малый угол обзора; во-вторых, они не могли хранить отображаемую информацию: хотя эту задачу можно было перенести на экономичные в статике КМОП элементы с учётом того, что данный тип дисплея сам имеет малое потребление в статическом режиме, но в силу физико-химических особенностей молекул практически используемых ЖК, чтобы избежать разрушения молекул, требуется питание переменным напряжением (динамический режим), что в силу ёмкостной природы ЖК-ячейки приводит к заметному росту потребления электроэнергии, либо же, в случае применения специальных ЖК устойчивых к постоянному току, приводило к сильному усложнению для больших дисплеев схемотехники устройства — экономически неоправданному в силу ограничений имевшейся на тот момент технологии.[1]

Создание технологии «электронной бумаги» было призвано преодолеть эти ограничения. Изображение на ней формируется аналогично письму по обычной бумаге карандашом — твёрдыми пигментными частицами, на (в) микроструктурном материале, дисперсно рассеивающем свет подобно волокнам бумаги. Из-за чего угол обзора получается практически такой же, как и обычной бумаги — много превосходя таковой у плоских жидкокристаллических дисплеев. Электронная бумага также является устройством светомодулирующего типа с присущими ему положительными свойствами и работает в чистом виде в отражённом свете без промежуточных преобразований светового потока[2] — как обычный лист с печатным текстом или изображением, вследствие чего достигается высокая яркость и контрастность получаемого изображения. Эффект памяти обеспечивается удержанием пигментных частиц на поверхности твёрдого тела (подложки) силами Ван-дер-Ваальса.[3]

Технически точный термин — электрофоретический индикатор. Так как практически все модификации данной технологии используют явление электрофореза.[3]

2. Технология

Принцип действия «электронных чернил»

Электронная бумага была впервые разработана в Исследовательском Центре компании Ксерокс 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[4]. 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[5].

2.1. Электронные чернила

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).[6] Это было фактически повторное использование уже хорошо знакомой электрофоретической (от электро- и греч. φορέω — переносить) технологии отображения, но использование капсул позволило сделать дисплей с использованием гибких пластиковых листов вместо стекла.

2.2. Многоцветная (полихромная) электронная бумага

Принцип действия многоцветной электронной бумаги использующей светофильтры

Обычно цветная электронная бумага состоит из тонких окрашенных оптических фильтров[7], которые добавляются к монохромному дисплею, описанному выше. Множество точек разбиты на триады, как правило, состоящие из трёх стандартных цветов CMY: голубой, пурпурный и жёлтый. В отличие от дисплеев с подсветкой, где применяется RGB и сложение цвета, в e-ink цвета формируются методом вычитания, как и в полиграфии.

3. Преимущества и недостатки

В настоящее время дисплеи на основе электронной бумаги имеют очень большое время обновления по сравнению с ЖК-дисплеями. Это не позволяет производителям использовать сложные интерактивные элементы интерфейса (анимированные меню и указатели мыши, скроллинг), которые широко распространены на КПК. Сильнее всего это сказывается на способности электронной бумаги показывать увеличенный фрагмент большого текста или изображения на маленьком экране.

4. Применение

Электронная бумага легка, надёжна, а дисплеи на её основе могут быть гибкими (хотя и не настолько, как обычная бумага). Предполагаемое применение включает электронные книги, которые могут хранить цифровые версии многих литературных произведений, электронные вывески, наружную и внутреннюю рекламу.

Технологические компании изобретают новые типы электронной бумаги и ищут пути внедрения данной технологии. Например, модификация жидкокристаллических дисплеев, электрохромные дисплеи (смарт-стекло), а также электронный эквивалент детской игрушки «Волшебный экран», на котором изображение появляется за счет прилипания пленки к подложке, разработанный японским университетом Кюсю. В той или иной форме, электронная бумага разрабатывалась компанией Gyricon (выделившаяся из Xerox), Philips, Kent Displays (холестерические дисплеи (англ. cholesteric)), Nemoptic (бистабильный нематический (англ. bistable nematic) — BiNem — технология), NTERA (электрохромные NanoChromics дисплеи), E Ink and SiPix Imaging (электрофоретические) и многие другие. Компания Fujitsu демонстрировала разработанную ими электронную бумагу на выставке в Токийском Международном Форуме.

Корпорация E Ink Corporation, совместно с Philips и Sony, внесла наибольший вклад во внедрение и популяризацию электронной бумаги. В октябре 2005 года она объявила, что будет поставлять комплекты для разработчиков, состоящие из 6-дюймовых дисплеев с разрешением 800×600 начиная с 1 ноября 2005 года.

4.1. Электронные книги

Внедрение технологии E-ink вызвало заметный подъем на рынке электронных книг. Уже в 2006 году выпускалось несколько моделей. Гораздо большее количество прототипов анонсируется ежегодно.

4.2. Электронные газеты

В феврале 2006 года бельгийская финансовая ежедневная газета «De Tijd of Antwerp» анонсировала планы по продаже электронной версии газеты для избранных подписчиков. Это было первое подобное применение электронной бумаги.

В начале 2007 года газета New York Times начала тестирование около 300 собственных функциональных электронных газет.[8]

4.3. Дисплеи для телефонов

Моторола (англ. Motorola) выпустила телефон (Motorola f3) с названием МОТОФОН (англ. MOTOFONE), который использует экран от компании E Ink Corporation. [1]

4.4. Дисплеи в смарт-карте

Гибкий дисплей FOLED для микропроцессорной карточки позволяет использовать одноразовый пароль, чтобы уменьшить риск при дистанционном банковском обслуживании — интерактивной оплате (через Интернет) или переводе средств. Первая в мире карточка с дисплеем, которая соответствует стандарту ISO, была разработана компанией Smartdisplayer с экраном от компании SiPix Imaging.

4.5. Уличные плакаты и объявления

Японская компания Toppan Printing совместно с министерством внутренних дел и бюро связи проводят испытания плакатов из электронной бумаги. Сообщается, что потребляемая электрическая мощность плаката размером 3,2 x 1,0 метр составляет 24 ватта.[9]

5. Альтернативные технологии

• Технология Mirasol, разрабатываемая компанией Qualcomm. Эти дисплеи сочетают в себе преимущества стандартных жидкокристаллических экранов и технологии «электронных чернил» (E-Ink). Благодаря специальной технологии, в основе которой лежат микроэлектромеханические элементы, Mirasol дисплеи имеют очень низкое энергопотребление и в то же время способны отображать полноцветные изображения. Более того, уже были продемонстрированы образцы Mirasol дисплеев Qualcomm, способных отображать цветное видео в качестве 30 кадров в секунду.Уже сейчас существуют действующие образцы таких дисплеев с диагональю 5,7 дюйма и разрешением 1024 x 768 пикселей, которые могут использоваться в связке с емкостными сенсорными экранами. Компания Qualcomm на конгрессе Mobile World Congress 2010 в Барселоне подтвердила, что первые электронные книги с цветными дисплеями, выполненными на основе фирменной технологии Mirasol, должны появиться на рынке уже осенью 2010 года.
• FOLED — технология изготовления гибких цветных дисплеев на основе органических светодиодов OLED

wreferat.baza-referat.ru

Всё об электронной бумаге | KV.by

Электронная бумага - технология отображения информации, которая имитирует обычную печать на бумаге и базируется на явлении перемещения дисперсных частиц в жидкой среде под действием внешнего электрического поля. Такое явление имеет название электрофореза. Данный вид бумаги формирует изображение в отражённом свете, как обычная бумага, и, в отличие от ЖК-дисплеев, имеет свойство сохранять изображение текста и графики на протяжении довольно долгого времени, при этом не потребляя электроэнергии и затрачивая её лишь на изменение изображения. В отличие от обычной бумаги, технология позволяет произвольно изменять записанное изображение.

Принцип действия электронной бумаги

Впервые электронная бумага была разработана Ником Шеридоном в 1970-х годах в Центре исследований компании Xerox. Первая электронная бумага была названа Gyricon, в ее состав входили полиэтиленовые сферы диаметром от 20 до 100 мкм (такая субстанция - первый пример e-ink) В состав каждой сферы входила отрицательно заряженная черная и положительно заряженная белая половина. Все сферы помещались в прозрачный силиконовый лист, который наполнялся маслом, для свободного вращения сфер. То, какой стороной повернется сфера, определяла полярность подаваемого напряжения на каждую пару электродов, давая, таким образом, черный или белый цвет точки на дисплее.

Более совершенными стали электрофоретические дисплеи. Их изобретателем является Джозеф Якобсон, основатель корпорации E Ink, которая вместе с Philips Components в 1992 году разработала и вывела на рынок подобную технологию. Устройства E-paper являются одними из первых примеров использования таких дисплеев.

Благодаря собственным габаритам и низкому энергопотреблению, они стали применяться в устройствах Amazon Kindle, Sony Librie, Sony Reader и iRex iLiad, в которых использованы электрофоретические дисплеи с активными матрицами высокого разрешения. Сделаны они на основе пленки компании E Ink.

Кроме E Ink, созданием таких дисплеев занимается калифорнийская фирма SiPix. Совместно со SmartDisplayer они придумали пластиковую карту со встроенной микросхемой, которая была оборудована электрофоретическим дисплеем. В 1996 году их изобретение получило премию Society for Information Display Gold Award.

Electro-wetting

Электроувлажнение - специальная технология, которая с помощью электрического тока контролирует форму границы между разделенным водой цветным маслом. Когда напряжение не поступает, масло создает тонкую пленку между водой и водоотталкивающим изолирующим покрытием электрода, что в результате создает цветной пиксель. Когда между электродом и водой появляется напряжение, межфазное натяжение меняется, вода сдвигает масло в сторону и появляется прозрачный пиксель.

Дисплеи, базирующиеся на электроувлажнении, обладают несколькими весомыми преимуществами. Во-первых, переключение между белым и цветным отражением происходит со скоростью, которой достаточно для того чтобы воспроизводить видеоконтент. Помимо этого, разработка чрезвычайно энергосберегающая, а дисплей довольно тонкий. Во-вторых, контрастность этих устройств не уступает, а иногда и превосходит иные отражающие дисплеи. К тому же данная разработка в будущем разрешит создать дисплеи в 4 раза ярче, чем отражающие ЖК и в 2 раза более яркие, нежели уже существующие различные передовые разработки в данной отрасли.

Бистабильные LCD

Некоторые фирмы издают электронную бумагу, функционирование которой базируется на принципе работы бистабильного жидкокристаллического дисплея. Так, компания Nemoptic выпускает черно-белые и цветные ЖК e-paper-дисплеи по данной технологии. Ее название - BiNem. Суть заключается вот в чем: существует два стабильных состояния - Uniform (U) и Twisted (T), которые избираются методом запуска обычного импульса. Когда один из вариантов выбран, он сохраняется без дополнительного потребления энергии до того момента, пока следующим импульсом не будет изменен на иной. Бистабильные дисплеи имеют высокую отражающую способность и разрешение, достигающее 200 пикселей/дюйм.

Менее распространенные технологии

Электронную бумагу изготавливают еще с применением холестерических жидкокристаллических дисплеев, а также прозрачных проводящих пленок. Некоторые исследователи пробуют сделать e-paper на базе органических транзисторов, интегрированных в эластичный субстрат, в том числе простую бумагу.

Проводятся исследования и цветной электронной бумаги, состоящей из тонкого цветного оптического фильтра, добавленного к монохромному дисплею. Сегодня такие дисплеи уже можно увидеть на коммерческих устройствах.

Преимущества и недостатки

Главным козырем электронной бумаги по сравнению с иными цифровыми девайсами, оборудованными ЖК-дисплеями, по праву можно считать значительно большее время работы без подзарядки.

Технология, на основе которой разработана электронная бумага, дает возможность экономить энергию, потребляя ее только в том случае, когда на дисплее происходит изменение отображаемых данных.

На данный момент одним из минусов дисплеев, разработанных на основе электронной бумаги, можно считать значительное время обновления по сравнению с обычными ЖК-экранами. Данный недостаток не дает возможности производителям "поставить на службу" более технологичные элементы интерфейса, такие как анимированные меню, скроллинг, указатели мыши и т. д., которые повсеместно встречаются на компактных персональных устройствах.

Подобная техническая недоработка больше всего проявляется на способности материалов, из которых создана цифровая бумага, отображать интенсифицированную часть огромного текстового либо графического материала на небольшом экране.

Кроме всего, недостаточно яркий текст на e-paper-мониторе, да еще и чтение в плохо освещенном помещении довольно сильно сказывается на зрении, глаза попросту устают. А вот у технологии, на основе которой созданы жидкокристаллические дисплеи, данный конструктивный недостаток утрачен. Поэтому контрастность таких экранов в недостаточной освещенности только повышается, а графическая информация гораздо лучше воспринимается глазами.

Превосходство над жидкокристаллическими дисплеями

Электронная бумага отличается:

• низким энергопотреблением;
• наилучшей читабельностью: из-за маленьких размеров пикселя пользователь получает высочайшую яркость и контрастность;
• электронные чернила могут быть нанесены на любую поверхность, начиная от стен и досок объявлений и заканчивая майками и ценниками в розничных магазинах;
• их консистенция дает возможность сделать цилиндрические дисплеи, информативные на все 360°

Применение электронной бумаги

Электронные книги

В 2006 году на рынок впервые было выставлено устройство для чтения электронных книг iRex iLiad, которое позволяло открывать документы в PDF и HTML форматах, а 2007 г. к ним добавился еще и Mobipocket PRC.

В этом же году компания Amazon выпустили свое устройство, для чтения основанное на электронной бумаге - Amazon Kindle.

Газеты

Газета De Tijd в 2006 году представила выпуск электронной версии для ограниченного круга подписчиков с целью проведения маркетингового исследования. Это издание - первый опыт использования электронной бумаги в газетах.

Ежедневная французская газета Les Echos в 2007 году заявила, что начинает выпуск электронной версии газеты на подписной основе. Изданием было предложено 2 варианта для своих читателей: подписка на год с использованием iRex iLiad или использование легкого девайса от Ganaxa, который был специально разработан и адаптирован для этой газеты.

Цифровые учебники

В 2007 году специалисты из Голландии начали проект по замене традиционных учебников на электронные книги с целью сокращения государственных расходов на печать и доставку книг. Подобное нововведение лишило студентов необходимости носить множество тяжелых книг.

В свою очередь, Беларусь также провела подобный эксперимент. Так, 160 учащихся из Беларуси испытывали модель обучения с использованием индивидуальных электронных устройств в учреждениях общего среднего образования. В ходе данного проекта предполагалось создание в школах среды электронного обучения, в которой учителя и учащиеся используют компьютеры и соответствующее программное обеспечение для совместной учебной деятельности через чаты, сетевые сервисы, а также ресурсы интернета.

Наручные часы

В 2005 году Seiko выпустила целый спектр наручных часов SVRD001, в которых применялся гибкий электрофоретический экран, а в 2010 году, эта же фирма выпустила второе поколение известных часов на базе электронных чернил, с экраном и активной матрицей. Компания Phosphor выпустила несколько серий часов с применением эластичных электрофоретических дисплеев основанных на технологии электронных чернил.

Встроенные в банковские карты дисплеи

Гибкие карты с дисплеями дают возможность своим владельцам генерировать одноразовый пароль, чтобы снизить риск мошенничества при совершении различных банковских операций.

Мобильные телефоны

Электронная бумага также может использоваться в качестве дисплея для недорогих моделей мобильных телефонов. Motorola Motofone стал первым примером такого мобильного телефона.

Перспективы

В наше время большое количество фирм разрабатывают электронную бумагу. Основная их задача состоит в создании оптимальной оболочки, подходящих чернил для ее наполнения, а также разработки адекватной электроники для активации электронных чернил.

Создание электронной бумаги, по словам производителей, будет более дешевое и простое в сравнении с традиционной индустрией ЖК-дисплеев. Цифровая книга, безусловно, лучший продукт, в котором используется электронная бумага.

Заключение

Безупречные показатели контрастности и четкости, незначительное потребление электроэнергии, относительно умеренный вес, эластичная конструкция и самое главное - дешевое производство. В скором времени данные параметры дадут возможность производителям электронных устройств с радостью использовать подобные e-paper-дисплеи в портативных гаджетах и информационных экранах.

Если принимать во внимание качество отображаемой информации и экономические преимущества этой технологии, то читатели останутся в выигрыше от такой модернизации.

Ольга БЕСПОЯСЬКО

www.kv.by

«Электронные» чернила.

Главная  → Технологии  → «Электронные» чернила

Андрей Борзенко

Как утверждают историки, примерно за 4 тыс. лет до нашей эры египтяне изготовили нечто вроде бумажного листа, склеивая полоски из листьев папируса (английское paper происходит от слова "папирус"). До уровня искусства возвели бумажное производство китайцы. Приблизительно в 105 г. н. э. некто Цай Лун начал измельчать коноплю и кору тутового дерева, получая из них кашицу, которая, высыхая, превращалась в тонкие листы. Так родилась бумага. Несмотря на поразительные успехи современной техники в создании электронных средств отображения текста и графики (дисплеев), бумага по-прежнему остается важнейшим и незаменимым носителем информации. Это объясняется ее дешевизной, долговечностью, гибкостью, а также совместимостью с разными инструментами письма (ручки, карандаши, принтеры и т. д.).

По некоторым данным, потребление бумаги составляет сегодня свыше ста миллиардов килограмм в год. Безбумажный мир может показаться идеалом, до осуществления которого еще ой как далеко. Не секрет, что безбумажный офис часто становится предметом насмешек, а появившиеся несколько лет назад первые электронные книги (если их можно назвать книгами) были встречены без особого энтузиазма. Несмотря на безрадостную статистику (90% всех документов существуют на бумажных носителях), дело уже сдвинулось с мертвой точки.

Первое производство

Первые образцы "электронных чернил"

В конце сентября корпорация E Ink (http://www.eink.com) официально ввела в эксплуатацию первое в мире производство, специализирующееся на выпуске микроэлектроники для гибких дисплеев. Новый центр площадью 800 кв. м в Вобурне (шт. Массачусетс, США) станет научно-исследовательским полигоном для подразделения микроэлектроники компании E Ink (Microelectronics Technology Group). Инженеры будут работать не только с традиционными кремниевыми тонкопленочными транзисторами, но и с альтернативными вариантами проводников и полупроводников как из органических материалов, так и из пластмассы. Они займутся созданием микроэлектронных компонентов, в том числе гибких транзисторов, необходимых для изготовления сверхтонкого дисплея, который можно сгибать и сворачивать в трубку, как обычный лист бумаги. Предполагаемый размер дисплеев - до 18 дюймов (примерно 45 см по диагонали). Первый действующий прототип такого устройства E Ink предполагает представить в следующем году. Он станет важным этапом на пути к реализации основной программы компании - созданию RadioPaper - беспроводного дисплея, по механическим и оптическим характеристикам напоминающего печатную страницу.

По мнению ряда экспертов, уже в ближайшем будущем новые "бумага" и "чернила" смогут найти применение в уличных информационных системах (дорожные знаки, рекламные щиты и т. п.). В дальнейшем возможно создание телевизионных экранов и даже электронных книг - обычных по виду, но с содержанием той реальной книги, которую читатель желает прочитать. Такая замена содержания, как предполагают разработчики, будет производиться чисто электронным способом.

Финансирование проекта поставлено на серьезную основу. Среди инвесторов молодой компании (E Ink была основана в 1997 г.) такие известные корпорации, как Applied Technology Ventures, Gruppo Espresso, Hearst Corporation, Lucent Technologies, Motorola, Philips Components.

Рождение

Практически до конца XX века все попытки создать электронный аналог пары бумага плюс чернила на основе электрофореза мелких частиц или жидких кристаллов не приводили к удовлетворительному результату: либо изображение было недолговечно без внешнего питания, либо системы получались громоздкими, дорогостоящими и малоконтрастными.

И вот в 1998 г. группа американских исследователей из Массачусетского технологического института, в которую входили Комиски, Алберт, Иошизава и Якобсон (Comiskey, Albert, Yoshizawa, Jacobson), предложила новый подход к созданию "электронных" чернил. Суспензией из черных и белых микрочастиц размером 1-5 мкм заполняли объем сферической микрокапсулы диаметром 40 мкм. Каждая белая микрочастица представляла собой застывшую каплю взвеси диоксида титана в расплавленном полиэтилене. Черные частицы получались подобным методом, но с добавлением черного красителя. Оба сорта частиц были взвешены в неэлектропроводной смеси органических жидкостей с плотностью 1,5 г/см3, равной плотности частиц, и вязкостью 800 мкП, что примерно соответствует вязкости воды при температуре 30°С. Образование на границах раздела жидкость - твердая частица двойного электрического слоя заставляла эти частицы двигаться в приложенном внешнем поле (явление электрофореза). В силу различия в электрохимических свойствах поверхностей белых и черных частиц (в частности, из-за электропроводности черного красителя) их движение в электрическом поле происходило в противоположных направлениях: белые частицы смещались к аноду, черные - к катоду. Таким образом, включение внешнего электрического поля приводило к быстрому окрашиванию одного полушария капсулы в белый цвет, а другого - в черный. Для предотвращения коагуляции частиц с "присоединенными" зарядами противоположного знака их покрывали специальным полимером, который усиливал отталкивание частиц при сближении.

Для создания носителя изображения пленка, состоящая из капсул, напылялась на поверхность тонкого прозрачного полимерного листа, предварительно покрытого прозрачным проводящим слоем на основе оксидов индия и олова. С тыльной стороны на пленке формировалась система электродов для избирательной подачи напряжения к требуемым участкам поверхности. Полярность напряжения определяла цвет "бумаги" непосредственно над электродом, именно это позволяло создавать на ней черно-белый рисунок или текст. Такая система способна обеспечить разрешение 600 точек на дюйм (типичное разрешение современных струйных принтеров), а за счет усовершенствования переднего прозрачного электрода эту характеристику можно улучшить примерно вдвое.

После выключения управляющего поля изображение хранится по крайней мере несколько месяцев без заметного изменения. Поместив подобную "бумагу" с записью в однородное электрическое поле, рисунок можно стереть, а затем нанести новый. Скорость обновления изображения в опытных образцах - до десяти кадров в секунду.

Всего через год после начала работ инженеры из лаборатории Bell Labs (Lucent Technologies) сделали значительный шаг в направлении создания дисплея типа цифровой бумаги. Команда под руководством Джона Роджера использовала транзисторы на основе органического пластика. Разработчики воспользовались сведениями, приведенными в статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Science in the US. В ней описан процесс создания активной матрицы из органического материала. На базе этой работы была доказана возможность создания широкоформатных и высококачественных пластических электронных систем на дешевой и механически гибкой полимерной субстанции. В результате были созданы панели на основе процессов пластификации и методов создания органических транзисторов. Электрические свойства транзисторов в пластиковых печатных схемах аналогичны свойствам обычных тонкопленочных кремниевых транзисторов, но они обладают механической гибкостью, высокой прочностью и малой массой.

Разработанный дисплей был приблизительно в четыре раза тоньше и легче панели экрана на жидких кристаллах: на площади около 160 кв. см содержалось несколько сот пикселов. Толщина гибкого дисплея составляла всего 1 мм, передняя панель была изготовлена из оксида индия, "электронные" чернила - из микрокапсул диоксида титана с частицами красителя. Напряжение подавалось на заднюю панель, таким образом, соответствующая ячейка в определенном столбце и строке под воздействием электрического поля между оксидом индия и точечным электродом на задней панели, поднималась или опускалась, тем самым изменяя свой цвет. Помимо непосредственной разработки органических полупроводников были созданы изоляторы, идеально совместимые с данной технологией. Изолятор имел толщину в 1 мкм и обладал малым растеканием тока.

Чуть позже E Ink в содружестве с IBM продемонстрировала прототип дисплея с диагональю 12,1 дюйма, в котором применялись "электронные" чернила. Дисплей имел типичное для портативных компьютеров разрешение и позволял создавать качественное текстовое и графическое изображения. По сравнению с предыдущей моделью, где применялись "синие" чернила, в новой улучшилась контрастность за счет перехода к черному цвету чернил. Также впервые была использована активная матрица, полученная от IBM. Дисплей с "электронными" чернилами имеет множество преимуществ по сравнению с катодно-лучевыми трубками, ЖК-дисплеями и органическими светоизлучающими диодами (OLED). Они в три-шесть раз ярче и в три раза тоньше ЖК-дисплеев, потребляют примерно в тысячу раз меньше энергии в сравнении с обычным ноутбуком и могут сохранять изображение при отключении питания. К тому же изображение на них можно рассматривать под любым углом и в любых условиях внешнего освещения, поскольку само изображение становится видимым при освещении снаружи (как при чтении текста на бумаге), а не изнутри, как в дисплеях традиционных типов.

Проект Gyricon

Разработкой "электронных" чернил активно занимается не только E Ink, но и Xerox в партнерстве с ЗМ. Разумеется, эти команды стараются опередить друг друга. В лабораториях исследовательского центра Xerox (Palo Alto Research Center, PARC; http://www.parc.xerox.com) уже давно бьются над созданием материала Gyricon, который должен прийти на смену традиционной бумаге и чернилам. Идея заключается в следующем. В тонкую полоску пластикового материала встраиваются миллионы маленьких двухцветных шариков, способных вращаться и поворачиваться к наблюдателю то окрашенной, то неокрашенной стороной. Это происходит за счет того, что лист состоит из микрокапсул, находящихся во взвешенном состоянии в масляной среде. Если при помощи специального пера подать на шарики электрическое поле, то их ориентация в пространстве изменится, а на подложке появится изображение. Оно оставанется неизменным до тех пор, пока новое электрическое поле не повернет шарики другой стороной. Поместив электронные перья в небольшой принтер, можно создать из них целый массив и ускорить получение образов. Если мощность электрического поля позволит обойтись без электронного пера, то аналогичные методы можно будет применять для отображения информации, в частности, в компьютерах. Не секрет, что в ноутбуках в настоящее время приблизительно две трети общего расхода электроэнергии уходит на подсветку жидкокристаллического экрана. Замена этого экрана "электронными" чернилами принесет небывалую экономию. В настоящее время в PARC работают над уменьшением размеров шариков с целью повышения разрешения, а также над улучшением других характеристик, что позволит получать не только черно-белые, но и полутоновые изображения.

Издатели тоже готовятся

На первый взгляд, создание дружественного новостного формата, который совмещал бы в себе портативность старых добрых газет и сиюминутность высоких цифровых технологий, кажется невероятным. Но IBM уже разрабатывает eNewspaper (электронная газета), вызвавший немалый интерес издателей.

Представленный прототип электронной газеты с виду напоминает трехкольцовый скоросшиватель, к алюминиевому корешку которого прикреплены восемь гибких двусторонних страниц. Устройство оборудовано платой, батарейкой, USB-портом и 300-мегабайтовым микродиском размером со спичечный коробок. Главным рабочим элементом прибора являются цифровые "электронные" чернила. Популярность концепции электронной газеты столь велика, что ряд медиакомпаний, в том числе Wall Street Journal, Time Inc., Havas и Gruppo Espresso, всерьез готовятся к ее реализации. Немалую роль в разработке концепции электронной газеты IBM играют исследования того, каким именно образом люди используют газеты: как их читают и что с ними потом делают. По мнению экспертов, преимущество, выделяющее прототип IBM из ряда аналогичных предложений, зачастую заставляющих читателя листать статьи постранично, заключается в том, что он "показывает" читателю несколько статей одновременно, сохраняя за ним право "неожиданно" наткнуться на интересные материалы. Газетная индустрия только в США ежегодно поглощает несколько десятков миллиардов долларов. При этом около 20 млрд. долл. уходит на расходные материалы. Если удастся снизить затраты на бумагу и печать, то рентабельность резко возрастет.

В заключение стоит также отметить, что E Ink подписала соглашение с корпорацией Philips Components о выводе своих дисплеев на рынок в 2003 г. В 2004 г. предполагается выпустить цветные дисплеи, а в 2005 г. - дисплеи с толщиной обычной бумаги.

Статья опубликована в PC Week/RE №46, 2001 г., стр. 39.Перепечатывается с разрешения автора.

www.computer-museum.ru

Что такое электронные чернила? :: SYL.ru

Сегодня сделано много гаджетов, в основу которых легли электронные чернила. Их история началась еще очень давно, но особо популярными они стали лишь в 2010 году. У них есть как плюсы, так и минусы. Но для начала следует разобраться, что же это такое и по какому принципу они работают.

Общие сведения про E-Ink дисплеи

Технология электронных чернил (E-Ink) заключается в том, что были созданы микрокапсулы, в которых содержатся черные и белые противоположно заряженные гранулы.

Под действием электромагнитного поля они, переворачиваясь, формируют черно-белый текст или изображение. Они были разработаны для имитации настоящей бумаги. Эти чернила стали особо применимы в электронных книгах.

Плюсы электронных чернил

• Работа без подсветки. Благодаря отсутствию этой функции, аппарат намного дольше держит заряд батареи. Энергия расходуется лишь на перевертывание страницы, поэтому гаджет с E-Ink-дисплеем отлично подойдет для путешествий или долгих переездов. Ведь его батарея может держаться до 10 000 перелистываний.
• Не портят зрение. Из-за отсутствия подсветки и зрение, соответственно, не портится.
• Хорошее качество изображения. А благодаря тому, что можно увеличивать шрифт до нужного размера, читать становится легче.
• Возможность читать непосредственно под солнечными лучами.

Дисплей на электронных чернилах против жидкокристаллического

Многие любят жидкокристаллические экраны за то, что они недорого стоят, имеют высокую частоту смены кадров и способны отобразить миллионы оттенков.

Но есть один существенный минус. Из-за своей подсветки и частого мерцания пусть и самый качественный ЖК-дисплей становится некомфортным.

Особенно если ваш гаджет - электронная книга, с электронными чернилами глаза никогда не устанут, так как у них нет источника света. А, как вы понимаете, это важный вопрос при чтении книги. Хоть в темноте они и непригодны к эксплуатации, но благодаря E-Ink-дисплею можно читать под любым наклоном и освещением, пусть то настольная лампа или яркое солнце - изображение от этого не станет хуже. А для любителей почитать в темноте было придумано большое количество вспомогательных аксессуаров.

Подробней про энергосбережение

Как уже выше упоминалось, большим плюсом E-Ink-дисплеев является отсутствие подсветки. Это позволяет в разы экономить потребление батареи, так как энергия тратится только на переворачивание страниц книг. К примеру, возьмем известную каждому эпопею «Война и мир». Для того чтобы прочитать ее на устройстве с ЖК-дисплеем, потребуется 5,10 или 20 раз его заряжать. Цифра немаленькая. Но любая электронная книга с электронными чернилами способна на одном заряде батареи проиллюстрировать вам все страницы, и останется еще на несколько таких же по объему.

Незначительные минусы

Как и у любого устройства, у E-Ink-дисплеев есть и свои минусы. Первый и значительный это, конечно же, цена. Себестоимость одного такого дисплея равна 50 долларам. А впридачу с операционной системой, корпусом и остальной «начинкой» получается и цена выше среднерыночной. Часто производители жидкокристаллических дисплеев этим пользуются и делают похожие ридеры, но цена у них получается практически в 2 раза меньше.

На это и ведутся многие покупатели. К сожалению, не каждый понимает реальные преимущества E-Ink дисплеев перед TFT. Вторым незначительным минусом является непрочность. Но производители прекрасно понимают это и используют в гаджетах более крепкий материал для корпуса.

На сегодняшний день многие компании стараются сделать так, чтобы электронные чернила максимально напоминали лист газеты – качественные темные буквы и светло-серый фон. Чтобы контрастность была больше, а значит, и комфортней было читать, многие производители поступают хитро. Они используют для отображения шрифта 4 оттенка цвета из 16 возможных, что позволяет лучше выделить буквы текста.

Какой из этих двух дисплеев лучше, качественней и надежней - решать вам, возможно, опираясь на изложенные в статье плюсы и минусы.

Самый популярный дисплей

Секретом хорошего E-Ink-дисплея является контрастность. Чем она выше, тем электронные чернила лучше видны и приятней читаются. На сегодняшний день самым лучшими качествами обладает экран E-Ink Pearl HD. С новой технологией изображение стало более контрастным, а фон – менее заметным, что позволяет четче увидеть текст. Контрастность на бумаге E-Ink Pearl HD достигает рекордного соотношения 12:1. Этот дисплей пока представлен только в 6-дюймовом размере. Но зато поддерживает HD-разрешение.

Представителем современных ридеров считают PocketBook Touch 2, как раз с таким дисплеем, multi-touch-экраном и мягкой подсветкой, которая рассеивается по дисплею, позволяя читать, не напрягая зрения. Хоть и характеристики не слабые, аппарат имеет небольшие размеры. Но в то же время он весьма практичен и детали хорошо продуманы. Удобна эта модель тем, что поддерживает МР3-формат (что позволяет слушать аудиокниги), может прочесть 15 различных форматов. Предусмотрен Wi-Fi, который дает возможность скачивать литературу на ридер без проблем.

Новинки в мире E-Ink-дисплеев

Весьма интересным изобретением стали наручные часы. Уже выпущено много подобных устройств, но FES Watch любопытны хотя бы тем, что электронные чернила используются не только в качестве циферблата, но и в самом браслете. Одним нажатием можно поменять стиль своих часов и подобрать для себя из 24 возможных вариантов самый подходящий. Да, у них нет мощной «начинки» и синхронизации со смартфоном, но иметь аксессуар, который меняет свой внешний вид, захочет каждый.

Еще одной значительной новинкой является телефон на электронных чернилах. Работает на операционной системе Android, 4.3-дюймовый экран. Конечно, на таком смартфоне фильмы не посмотришь и в игры не поиграешь, но для работы в Интернете более чем годится. Основным значительным плюсом является время работы смартфона. За счет использования E-Ink-дисплея телефон способен проработать порядка недели на одном заряде аккумулятора.

Многие любители литературы отдают предпочтение устройствам именно с электронными чернилами из-за вышеперечисленных плюсов. Многих смущает отсутствие разнообразия цветов. Но и здесь технологии не стоят на месте. Создатели использовали обычный цветофильтр, наложенный на черно-белый дисплей. Конечно, цветные электронные чернила не такие насыщенные и яркие, как у жидкокристаллических экранов. И пока максимум, на что они способны, - это показывать цветные изображения. Фильмы пока невозможно посмотреть, но прогресс не стоит на месте, и в скором времени это станет возможным. Однако крупные компании по разработке технологий пока не спешат браться за изготовление таких устройств. Они уверены, что цветное изображение необходимо как минимум для поваренных и детских книг. Корпорация E-Ink считает: то, что крупные компании не хотят принять их новые технологии, - всего лишь дело времени.

www.syl.ru

Доклад - Электронные дисплеи - Информатика

Московский государственный университет экономики,

статистики и информатики

Реферат

по курсу «Информатика и программирование»

Тема: Электронные дисплеи.

Выполнил: Балмахан Б.Б.

Актобе 2011

Содержание

1. Введение

2. Дисплеи, проецирующие изображение на сетчатку (Virtual Retinal

Display, VRD)

3. OLED и LEP-дисплеи

4.3D дисплеи на базе ЖК

5. Электронные чернила (e-ink)

6. Дисплеи на базе бистабильных ЖК-структур (ChLCD и PABN LCD)

7. Дисплеи на базе технологий SED, FED и NED

8. LCoS

9. Пикопроекторы

Литература

Введение

Дисплей (анг. display — показывать) относится к основным устройствам любого ПК, без которого невозможна эффективная работа. Можно, конечно, выводить всю необходимую пользователю информацию о работе и состоянии системы на печатающее устройство (так оно и было в первых моделях ЭВМ), но это длительный и не очень наглядный процесс. Наиболее важная отличительная особенность современных компьютеров заключается в возможности почти мгновенного взаимодействия (работа в режиме реального времени) между системой и пользователем. В большинстве систем это взаимодействие осуществляется при помощи клавиатуры (и/или манипуляторов) и экрана дисплея. В процессе работы на экране дисплея отображаются как вводимые пользователем команды и данные, так и реакция системы на них.

Назначение. Устройство визуального отображения информации или, более точно, устройство отображения информации, находящейся в оперативной памяти, позволяющее обеспечить взаимодействие пользователя с аппаратным и программным обеспечением компьютера. Дисплей — это важнейший компонент пользовательского интерфейса.

Исторически сложилось так, что устройство отображения информации называют и дисплеем, и монитором (видеомонитором), и терминалом (видеотерминалом). Эти термины часто используются как синонимы, хотя каждое конкретное название используется, чтобы подчеркнуть, высветить требуемую особенность применения устройства.

Дисплей — это общее название устройства, показывающего, отображающего информацию.

История компьютеров неразрывно связана с совершенствованием дисплеев. А если говорить о множестве широко распространенных сегодня портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны, КПК, цифровые фотокамеры и портативные медиаплееры, то их появление и развитие вообще невозможно себе представить без компактных, легких и экономичных дисплеев.

В этой работе мы рассмотрим несколько перспективных направлений развития электронных дисплеев, которые уже оказала заметное влияние на развитие индустрии компьютеров и цифровых развлекательных устройств.

Дисплеи, проецирующие изображение на сетчатку (Virtual Retinal Display, VRD)

Аппараты, позволяющие при помощи лазерного луча малой мощности проецировать изображение непосредственно на сетчатку глаза (Virtual Retinal Display, VRD), являются одним из перспективных направлений развития электронных дисплеев, особенно применительно к использованию в мобильных устройствах. Благодаря небольшим размерам и отсутствию громоздкого экрана, VRD-проектор можно встраивать в одежду и специальную экипировку (очки, шлемы и т.д.). Кроме того, важным преимуществом данной технологии является возможность проецировать изображение, угловые размеры которого практически целиком охватывают угол зрения.

Изображение в VRD-устройствах формируется последовательно (пиксел за пикселом) при помощи устройства развертки: луч лазера с большой скоростью «прорисовывает» строки пикселов изображения аналогично тому, как это происходит в лазерном принтере. Один из первых прототипов монохромного VRD-дисплея был создан сотрудниками лаборатории пользовательского интерфейса Вашингтонского университета в 1991 году.

На современном этапе технически возможно создание VRD-дисплеев, проецирующих монохромные и цветные изображения с разрешающей способностью порядка 800x600 пикселов. Для формирования цветного изображения используются три лазера (красный, зеленый и синий), лучи которых совмещаются при помощи специальной оптической системы. В настоящее время модули VRD-дисплеев, в которых применяются полупроводниковые лазеры и устройство развертки с микроэлектромеханическим приводом (MEMS), выпускает компания Microvision.

По мнению экспертов, полноценное применение данной технологии в коммерческих устройствах станет возможным при достижении уровня разрешающей способности порядка 4000x3000-8000x6000 пикселов.

Принцип работы цветного VRD-дисплея

Размеры модуля VRD-дисплея позволяют встраивать его в очки

OLED- и LEP-дисплеи

OLED и LEP — родственные технологии, позволяющие создавать излучающие электронные дисплеи на базе люминесцирующих материалов.

OLED (Organic Light Emitting Diode) — это светодиоды на основе органических материалов. Первыми проводить исследования в данной области начали в конце 80-х годов прошлого века сотрудники компании Eastman Kodak.

LEP (Light Emitting Polymer) — это светоизлучающие полимеры, впервые синтезированные учеными Кембриджского университета. Впоследствии разработками в данном направлении стала заниматься компания Cambridge Display Technology.

Схема устройства OLED-дисплея

Принципиальное отличие OLED- и LEP-дисплеев от устройств на базе ЖК-технологии заключается в использовании органических веществ, излучающих свет под воздействием электрического поля (в ЖК-дисплеях свет, излучаемый лампой подсветки, проходит через ячейки ЖК-матрицы и светофильтры). Благодаря этой особенности в OLED- и LEP-дисплеях нет необходимости применять лампу подсветки, поляризующие пленки и ряд других компонентов, являющихся обязательными элементами ЖК-устройств. За счет более простой структуры OLED-дисплеи можно сделать чрезвычайно тонким и легкими. Кроме того, они могут работать от меньшего (по сравнению с ЖК-панелями) напряжения, обладают низким уровнем энергопотребления и выделяют незначительное количество тепла.

Прототип 40-дюймового OLED-дисплея, созданного инженерами Samsung Electronics

По качеству изображения OLED-технология также превосходит ЖК, обеспечивая более высокие яркость и контрастность, а также очень большой эффективный угол обзора (до 180° как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости) без заметных искажений цветопередачи. При этом полноцветные OLED-дисплеи имеют цветовой охват на уровне хороших ЭЛТ-мониторов и обеспечивают значительно более точное воспроизведение цветов, чем современные модели ЖК-мониторов.

Использование люминесцирующих материалов позволит в перспективе сделать апертуру пиксела OLED-дисплея практически равной 1 (то есть эффективная площадь пиксела будет равна его полной площади), что в принципе невозможно в случае ЖК-технологии. Дополнительным преимуществом OLED-дисплеев является чрезвычайно малое время реакции пикселов (у существующих прототипов — порядка десятков микросекунд), причем практически не зависящее от температуры (в отличие от ЖК-дисплеев, OLED- и LEP-устройства не «замерзают» при низкой температуре).

OLED-технология особенно привлекательна для создания дисплеев небольшого размера, поскольку имеет значительно более высокий (по сравнению с ЖК) потенциал для увеличения разрешающей способности (на нынешнем этапе — до нескольких сотен пикселов на дюйм).

В настоящее время на базе технологий OLED и LEP технически возможно создание монохромных, многоцветных и полноцветных дисплеев с активной либо пассивной матрицей.

У OLED- и LEP-дисплеев есть ряд недостатков, которые пока ограничивают сферу их применения в серийно выпускаемых устройствах. В частности, органические молекулярные и полимерные светоизлучающие материалы быстро разрушаются под воздействием содержащегося в воздухе кислорода и водяных паров, поэтому для обеспечения приемлемой (с точки зрения коммерческого использования) долговечности необходима полная герметизация начинки дисплейной панели. Кроме того, органические светоизлучающие материалы постепенно деградируют в процессе работы — это проявляется в уменьшении их эффективности (падении яркости при заданном напряжении питания) и изменении спектральных характеристик. Одним из наиболее актуальных на данный момент направлений работы в области совершенствования OLED- и LEP-дисплеев является создание более долговечных излучающих материалов.

Работы в области создания и производства OLED- и LEP-дисплеев, а также оптимизации характеристик органических светоизлучающих материалов в настоящее время ведут компании Cambridge Display Technologies (CDT), DuPont, Eastman Kodak, LG Electronics, Philips, Pioneer, RiTdisplay, Samsung SDI, Sanyo Epson Imaging Device Corporation, Sony, Toshiba и Universal Display Corporation.

В настоящее время OLED- и LEP-дисплеи находятся на начальной стадии коммерциализации. Начиная с 2002 года в ряде серийно выпускаемых устройств (цифровых индикаторах, автомагнитолах, портативных медиаплеерах, сотовых телефонах и пр.) применяются OLED- и LEP-дисплеи с небольшим размером экрана. OLED-дисплеи с большим размером экрана (до 40 дюймов по диагонали) пока существуют только в виде экспериментальных и выставочных прототипов. Ожидается, что серийные модели дисплейных панелей и телевизоров на базе OLED с размером экрана до 20 дюймов по диагонали появятся в продаже в 2009-2010 годах, а устройства с экраном более 30 дюймов — в 2011-2012 годах.

3D-дисплеи на базе ЖК

К настоящему моменту разработано несколько технологий производства дисплеев, создающих у пользователя правдоподобную иллюзию объемного (трехмерного) цветного изображения без применения вспомогательных средств (очков и пр.).

Нужного эффекта можно достичь, оснастив обычный ЖК-дисплей так называемым параллакс-барьером (например, пленкой с чередующимися непрозрачными вертикальными полосками и узкими прозрачными зазорами между ними). Если шаг полосок параллакс-барьера равен ширине двух пикселов, то при отклонении в одну сторону от осевой линии монитора наблюдатель сможет видеть только четные столбцы пикселов, а при отклонении в другую — нечетные. Изменяя расстояние между экраном монитора и параллакс-барьером, можно добиться того, чтобы правый глаз наблюдателя воспринимал изображение, сформированное нечетными столбцами пикселов, а левый — четными. Если вывести на экран такого монитора специальным образом подготовленную стереограмму (в которой будут через один перемежаться столбцы пикселов изображений левого и правого ракурсов), то у зрителя возникнет иллюзия трехмерности.

Принцип действия параллакс-барьера, расположенного с внешней стороны дисплейной панели

Параллакс-барьер может быть как пассивным (пленка с непрозрачными полосками), так и активным элементом (монохромная ЖК-панель). В последнем случае монитор можно сделать универсальным: с выключенным параллакс-барьером он будет работать в обычном, двумерном режиме, а при активации параллакс-барьера — в трехмерном.

ЖК-мониторы, позволяющие воспроизводить трехмерные изображения без применения вспомогательных средств, уже есть в продаже

Несколько лет назад специалисты Philips Research Redhill разработали собственный вариант конструкции 3D-монитора на базе ЖК-панели, в котором вместо параллакс-барьера используется массив миниатюрных цилиндрических линз.

На данный момент 3D-дисплеи на базе ЖК-технологии находятся на начальной стадии коммерциализации. Решения, позволяющие пользователю наблюдать объемное цветное изображение без вспомогательных средств (специальных очков и т.п.), уже реализованы в ряде серийно выпускаемых ЖК-дисплеев NEC, Philips, Sharp и ряда других. Правда, сфера применения подобных устройств пока остается довольно ограниченной — они используются главным образом для показа рекламных материалов в крупных торговых центрах. Одной из основных проблем, препятствующих широкому распространению 3D-мониторов, является отсутствие простых в применении и при этом недорогих программных средств, позволяющих создавать изображения и видео в трехмерном виде.

Принцип действия активного параллакс-барьера между ЖК-панелью и лампой подсветки

В настоящее время исследования в области создания 3D-дисплеев на базе ЖК-технологии ведут компании Eastman Kodak, Hitachi, NEC, Philips, Samsung, Sanyo, Sharp и Toshiba.

Электронные чернила (e-ink)

Технология электронных чернил была разработана компаниями E Ink и Philips. В ходе многолетних исследований ученым удалось создать новый тип устройств визуализации информации — электрофоретические отражающие дисплеи. Такие устройства обладают оптическими и механическими характеристиками, схожими с обычной бумагой. Базовыми элементами электрофоретических дисплеев являются микрокапсулы, диаметр которых не превышает толщину человеческого волоса. Внутри каждой микрокапсулы находится большое количество пигментных частиц двух цветов: положительно заряженные белые и отрицательно заряженные черные, а все внутреннее пространство микрокапсулы заполнено вязкой прозрачной жидкостью.

Принцип работы электрофоретического отражающего дисплея

Слой микрокапсул расположен между двумя рядами взаимно перпендикулярных гибких электродов (сверху — прозрачных, снизу — непрозрачных), образующих адресную сетку. При подаче напряжения на два взаимно перпендикулярных электрода в точке их пересечения возникает электрическое поле, под действием которого в расположенной между ними микрокапсуле группируются пигментные частицы. Частицы с одним зарядом собираются в верхней части микрокапсулы, а с противоположным — в нижней. Для того чтобы поменять цвет точки экрана с белого на черный или наоборот, достаточно изменить полярность напряжения, поданного на соответствующую пару электродов. Таким образом, пиксел экрана, соответствующий данной микрокапсуле, окрасится в черный либо в белый цвет; при этом пигментные частицы, сгруппировавшиеся в верхней части микрокапсулы, скроют от наблюдателя все частицы, сосредоточенные в ее нижней части.

Дисплеи на базе электронных чернил способны сохранять изображение на экране даже при отсутствии электропитания (подача напряжения на управляющие электроды необходима лишь для переключения состояния пиксела), что наряду с отсутствием лампы подсветки обеспечивает очень низкий уровень энергопотребления. Такие дисплеи являются отражающими и обеспечивают хорошую читаемость изображения практически под любым углом и при любом освещении. В качестве подложки для создания дисплеев на основе электронных чернил можно использовать различные материалы: стекло, пластик, металлическую фольгу, ткань и даже бумагу. Уже созданы прототипы подобных дисплеев на гибкой подложке, способные сохранять работоспособность при сгибании и даже скручивании в рулон.

Так выглядит изображение на экране электрофоретического дисплея

Основными недостатками дисплеев на базе электронных чернил являются большое время переключения пикселов (0,5-1 с) и ограниченное количество воспроизводимых оттенков (серийно выпускаемые модули позволяют отображать 4 либо 16 оттенков серого).

Прототип гибкого дисплея на базе электронных чернил (фото Plastic Logic)

В настоящее время технология электронных чернил, позволяющая создавать монохромные отражающие дисплеи, находится на начальной стадии коммерциализации. Основной сферой применения подобных дисплеев являются устройства для чтения электронных книг, бюджетные модели аудиоплееров и мобильных телефонов, информационные табло в общественных местах (магазинах, вокзалах, остановках общественного транспорта и т.д.). На протяжении уже нескольких лет выпускаются устройства для чтения электронных книг, оснащенные дисплеями на базе электронных чернил компании E Ink (подробнее об этом можно прочитать в статье «Книги нового тысячелетия»). Есть примеры использования таких дисплеев и в других типах устройств. Так, в 2005 году компания Seiko выпустила наручные электронные часы, оснащенные дисплеем на базе электронных чернил, а в конце 2006-го компания Motorola представила первый мобильный телефон с подобным дисплеем (модель Motofone F3).

Устройство для чтения электронных книг iRex iLiad, оснащенное отражающим электрофоретическим дисплеем компании E Ink (фото iRex)

В настоящее время исследователи ведут работы по созданию цветных электрофоретических дисплеев, обладающих небольшим временем отклика. На протяжении последних лет было продемонстрировано несколько работающих прототипов подобных дисплейных панелей (в том числе и созданные на гибкой подложке), однако никакой информации о предполагаемых сроках их внедрения в серийно выпускаемых изделиях пока нет.

Дисплеи на базе бистабильных ЖК-структур (ChLCD и PABN LCD)

По мере роста популярности и многообразия портативных электронных устройств производители проявляют все больший интерес к дисплеям на базе бистабильных ЖК-структур. В отличие от традиционных ЖК-дисплеев, в таких устройствах используются микроструктуры, способные в течение длительного времени находиться в одном из двух устойчивых состояний даже при отсутствии внешнего электрического поля (отсюда и название «бистабильные»). В одном из этих состояний ячейка на основе жидкого кристалла пропускает свет, а в другом — нет. Переключение ячейки из одного состояния осуществляется посредством воздействия внешнего электрического поля, возникающего при подаче напряжения на пару управляющих электродов. Объединив множество бистабильных ячеек в двумерный массив, можно создать дисплей с очень высокой разрешающей способностью (порядка нескольких сотен и даже тысяч пикселов на дюйм).

Монохромная дисплейная панель ChLCD, выпускаемая компанией LC-TEC Displays

По своим свойствам подобные дисплеи во многом схожи с описанными в предыдущем разделе устройствами на базе электронных чернил. Они обладают очень низким уровнем энергопотребления и способны сохранять изображение на экране при отключении питания. Как и в случае дисплеев на базе электронных чернил, существенным их недостатком является большое (порядка 1 с) время переключения состояния пиксела, что делает невозможным отображение видео. Используя бистабильные ЖК-структуры, можно создавать монохромные и цветные дисплеи — как оснащенные подсветкой, так и без нее.

Прототип цветного дисплея, созданного по технологии PABN LCD специалистами одной из лабораторий НР

Начиная с 1993 года работы в области создания дисплеев на базе холестерических жидких кристаллов (Cholesteric Liquid Crystal Display, ChLCD) ведет компания Kent Displays. Технология ChLCD позволяет создавать как монохромные, так и цветные дисплеи различных размеров. Разработкой и производством монохромных дисплейных панелей на базе бистабильных ЖК-структур занимается также шведская компания LC-TEC Displays.

Основная сфера применения монохромных дисплеев с использованием бистабильных ЖК-структур — портативные электронные устройства, а также информационные табло, вывески и т.д.

В настоящее время технология ChLCD находится в стадии коммерциализации — монохромные дисплеи данного типа используются в ряде серийно выпускаемых изделий. Например, во второй половине 2005 года компания A-Data выпустила портативные флэш-накопители, оснащенные небольшими монохромными дисплеями (на которых отображается имя диска и количество оставшегося свободного места), а в числе экспонатов CeBit 2006 была представлена даже SD-карта с дисплеем.

Развитием одной из разновидностей данной технологии, позволяющей создавать цветные дисплеи с высокой разрешающей способностью, занимается группа ученых расположенной в Бристоле (Великобритания) лаборатории НР. Данная технология, получившая название PABN LCD (Post-Aligned Bistable Nematic LCD), уже на нынешнем уровне развития позволяет создавать цветные дисплеи с разрешающей способностью порядка 200-400 ppi (что вполне сопоставимо с детальностью отпечатков цветных лазерных принтеров начального уровня).

Дисплеи на базе технологий SED, FED и NED

Группа из трех родственных технологий — FED (Field Emission Display), SED (Surface-conduction Electron-emitter Display) и NED (Nanotube Emissive Display) — является качественно новой ступенью развития дисплеев на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Как и в случае ЭЛТ, изображение на экранах дисплеев перечисленных типов формируется за счет свечения люминофора, возбуждаемого потоком электронов. Правда, в отличие от ЭЛТ, оснащенной всего лишь тремя электронными пушками, лучи каждой из которых при помощи электромагнитной отклоняющей системы последовательно пробегают по строкам экрана, в SED-дисплеях применяются малогабаритные источники электронов (молибденовые конусы диаметром всего около 200 нм), массивы которых расположены в каждой из ячеек экрана. (В NED-устройствах в качестве источников электронов используются углеродные нанотрубки.)

Принцип работы SED-дисплея

Применение большого количества миниатюрных источников электронов позволяет сделать дисплеи значительно более тонкими, легкими и экономичными по сравнению с устройствами на базе ЭЛТ. При этом SED-, FED- и NED-дисплеи обладают многими достоинствами систем на базе ЭЛТ: высоким уровнем яркости и контрастности изображения, большим углом обзора, широким цветовым охватом и высокой точностью цветопередачи, а также незначительной инерционностью изображения.

Использование большого количества источников электронов (до нескольких тысяч на каждый пиксел) обеспечивает высокую надежность дисплейных панелей — в отличие от ЖК-мониторов, где выход из строя транзистора, управляющего одним из субпикселов, автоматически означает появление «мертвого» (или залипшего) пиксела на экране.

Прототип SED-дисплея Canon

Определенным недостатком дисплеев рассматриваемых типов является сложность (а следовательно, и дороговизна) их производства. По мнению экспертов, именно по этой причине выпуск таких устройств будет рентабельным лишь при изготовлении панелей с относительно большим размером экрана (50 дюймов и более).

В 2005 году компании Canon и Toshiba основали совместное предприятие для разработки и производства дисплейных панелей на базе технологии SED. В октябре 2006-го на конференции FPD International 2006 был продемонстрирован прототип 55-дюймовой SED-панели, имеющей разрешение Full HD и обеспечивающей контрастность изображения на уровне 100 000:1. Однако приступить выпуску SED-дисплеев в конце 2006 года (как это планировалось первоначально) по ряду причин не получилось. А в начале 2007 года стало известно, что Toshiba продала свою долю в совместном предприятии компании Canon. Представители Canon пока официально отрицают наличие технологических трудностей, препятствующих запуску серийного производства SED-дисплеев, но при этом отказываются назвать хотя бы приблизительные сроки их появления на рынке.

Прототип FED-дисплея

Между тем в конце 2006 года компания Sony и японский технологический фонд Technology Carve-out Investment Fund (TCI) основали предприятие Field Emission Technologies, основным направлением деятельности которого является разработка пригодных к коммерческой эксплуатации FED-дисплеев. Менее чем через год, на выставке CEATEC Japan 2007, представители Field Emission Technologies продемонстрировали работающий прототип 19-дюймового FED-дисплея, имеющего разрешающую способность 1280x960 пикселов и работающего с частотой регенерации 240 кадров в секунду (это позволяет устранить эффект мерцания, присущий телевизорам на базе ЭЛТ). По информации разработчиков, при одинаковой яркости энергопотребление FED-панели оказывается примерно втрое ниже по сравнению с ЖК-дисплеем, имеющим аналогичные размеры и разрешение экрана.

В настоящее время технологии SED и FED находятся на пороге коммерциализации, и вполне возможно, что первые серийные продукты поступят в продажу уже в 2008 году.

LCoS

Технология LCoS (Liquid Crystal on Silicon — жидкие кристаллы на кремнии) разработана для использования в проекционных устройствах. Центральной частью LCoS-устройства является ЖК-матрица (микродисплей), изготовленная на кремниевой подложке (на ней же расположены и управляющие работой ячеек транзисторы). Однако, в отличие от классической проекционной ЖК-технологии, в данном случае микродисплей работает на отражение. Благодаря этому LCoS-технология обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с традиционной ЖК-технологией — в частности пикселы микродисплея LCoS характеризуются меньшим временем реакции, а за счет того, что транзисторы микродисплея расположены под ячейками субпикселов и не препятствуют прохождению света, и значительно большей апертурой.

Принцип работы проекционного устройства на базе LCoS

Исследованиями в области LCoS занимались несколько научных групп. Наибольших успехов в начале нынешнего десятилетия удалось достичь сотрудникам исследовательского отдела компании Philips. По мнению разработчиков, на базе технологии LCoS можно создавать недорогие и качественные проекционные устройства — мультимедиапроекторы и проекционные телевизоры. Таким образом, в перспективе LCoS вполне способна стать третьей силой на современном рынке мультимедиапроекторов и потеснить технологии, традиционно используемые в данном типе устройств (речь идет о DLP и 3LCD).

В 2003 году развитием и внедрением LCoS в коммерческие устройства всерьез заинтересовалась корпорация Intel. В январе 2004-го на выставке CES 2004 представители Intel объявили о намерении развивать эту технологию и в ближайшем будущем наладить серийное производство LCoS-чипов для проекционных телевизоров и мультимедиапроекторов. Спустя всего два месяца на весеннем форуме IDF были продемонстрированы работающие прототипы проекционных устройств на базе LCoS-чипов. Согласно первоначальному плану, начало серийного производства LCoS-чипов на мощностях компании Intel было намечено на вторую половину 2004 года. Однако в конце того же года Philips неожиданно объявила об уходе с рынка LCoS-чипов, свертывании всех исследовательских работ в данном направлении и прекращении выпуска соответствующих продуктов. Вскоре компания Intel также объявила о закрытии проекта по развитию технологии LCoS. После этих событий многие производители проекционных устройств утратили интерес к данной технологии, и на некоторое время она оказалась в тени.

Проектор JVC DLA-RS1, построенный на базе технологии LCoS

Тем не менее компании Hitachi, Sony и JVC продолжили работу по развитию данной технологии и выпустили несколько серийных моделей проекционных устройств на базе LCoS. Преодолев определенные технические трудности, китайские компании TSMC и SMIC сумели наладить серийный выпуск больших партий LCoS-чипов.

В 2007 году Sony выпустила первые модели проекторов класса Full HD, построенные на базе технологии SXRD (Silicon X-tal Reflective Display), фактически являющейся фирменной интерпретацией LCoS. Так что в течение ближайших двух лет с большой вероятностью можно ожидать нового всплеска интереса к технологии LCoS и ее клонам. Тем более что сроки действия патентов на эту технологию истекли и теперь производителям не придется платить лицензионные отчисления за ее использование.

Пикопроекторы

Термин «пикопроекторы», введенный в обращение специалистами компании Texas Instruments (TI), обозначает миниатюрные проекционные устройства, которые могут быть использованы как для создания карманных мультимедиапроекторов, так и в качестве модулей, встраиваемых в мобильные устройства (сотовые телефоны, КПК, портативные цифровые медиаплееры и пр.). Значительный рост интереса разработчиков и производителей портативной техники к созданию пикопроекторов, пригодных для применения в серийно выпускаемых изделиях, обусловлен тенденциями развития данного сегмента рынка. В то время как физические размеры мобильных устройств неуклонно уменьшаются, набор заложенных в них функциональных возможностей с каждым годом расширяется. Вполне очевидно, что разместить в маленьком корпусе большой дисплей, который бы обеспечивал достаточно комфортную работу с современными мобильными приложениями, становится все сложнее. И неспроста разработчики обратили свои взоры на проекционные устройства — ведь именно это решение позволяет без особых проблем получать изображение, размеры которого во много раз превосходят габариты самого аппарата.

Прототип встраиваемого модуля пикопроектора, созданный инженерами компании Microvision на базе полупроводниковых лазеров и микроэлектромеханической системы развертки (фото Microvision)

По размеру существующие прототипы пикопроекторов не больше спичечного коробка, а низкий уровень энергопотребления позволяет использовать питание от автономных источников (аккумуляторов). В настоящее время уже создано несколько различных конструкций миниатюрных проекционных модулей, позволяющих формировать цветное изображение. В качестве источников света в пикопроекторах применяются яркие светодиоды или полупроводниковые лазеры, а роль модуляторов выполняют DMD-матрицы, ЖК-панели либо системы развертки с миниатюрным подвижным микрозеркалом.

Мобильные телефоны со встроенным проектором могут появиться в продаже уже в 2009 году

Работы по созданию пикопроекторов и ключевых компонентов для них в настоящее время ведут компании Displaytech, Explay, Light Blue Optics, Microvision и Texas Instruments. Интересно отметить, что компания Microvision при создании своего лазерного пикопроектора использовала многие технические решения, изначально разработанные для VRD-дисплеев. В 2006-2007 годах на нескольких крупных международных выставках были продемонстрированы работающие прототипы пикопроекоторов (подробнее см. в публикации «Бум пикопроекторов»). В 2008 году появилиcь первых прототипов мобильных устройств, оснащенных встроенными пикопроекторами. Серийно выпускаемые устройства со встроенными пикопроекторами появялись на рынке в 2009 году.

Заключение.

Таким образом, в дальнейшем нас ожидают поистине грандиозные перемены в индустрии электронных дисплеев, которые окажут заметное влияние на развитие компьютеров, портативных цифровых устройств, бытовой электроники и т.п.

Литература:

1.Интернет ресурсы: www.cit-forum.ru

www.sapr.ru

2.Банк рефератов.

www.ronl.ru

Реферат - Электронные дисплеи - Информатика

Московский государственный университет экономики,

статистики и информатики

Реферат

по курсу «Информатика и программирование»

Тема: Электронные дисплеи.

Выполнил: Балмахан Б.Б.

Актобе 2011

Содержание

1. Введение

2. Дисплеи, проецирующие изображение на сетчатку (Virtual Retinal

Display, VRD)

3. OLED и LEP-дисплеи

4.3D дисплеи на базе ЖК

5. Электронные чернила (e-ink)

6. Дисплеи на базе бистабильных ЖК-структур (ChLCD и PABN LCD)

7. Дисплеи на базе технологий SED, FED и NED

8. LCoS

9. Пикопроекторы

Литература

Введение

Дисплей (анг. display — показывать) относится к основным устройствам любого ПК, без которого невозможна эффективная работа. Можно, конечно, выводить всю необходимую пользователю информацию о работе и состоянии системы на печатающее устройство (так оно и было в первых моделях ЭВМ), но это длительный и не очень наглядный процесс. Наиболее важная отличительная особенность современных компьютеров заключается в возможности почти мгновенного взаимодействия (работа в режиме реального времени) между системой и пользователем. В большинстве систем это взаимодействие осуществляется при помощи клавиатуры (и/или манипуляторов) и экрана дисплея. В процессе работы на экране дисплея отображаются как вводимые пользователем команды и данные, так и реакция системы на них.

Назначение. Устройство визуального отображения информации или, более точно, устройство отображения информации, находящейся в оперативной памяти, позволяющее обеспечить взаимодействие пользователя с аппаратным и программным обеспечением компьютера. Дисплей — это важнейший компонент пользовательского интерфейса.

Исторически сложилось так, что устройство отображения информации называют и дисплеем, и монитором (видеомонитором), и терминалом (видеотерминалом). Эти термины часто используются как синонимы, хотя каждое конкретное название используется, чтобы подчеркнуть, высветить требуемую особенность применения устройства.

Дисплей — это общее название устройства, показывающего, отображающего информацию.

История компьютеров неразрывно связана с совершенствованием дисплеев. А если говорить о множестве широко распространенных сегодня портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны, КПК, цифровые фотокамеры и портативные медиаплееры, то их появление и развитие вообще невозможно себе представить без компактных, легких и экономичных дисплеев.

В этой работе мы рассмотрим несколько перспективных направлений развития электронных дисплеев, которые уже оказала заметное влияние на развитие индустрии компьютеров и цифровых развлекательных устройств.

Дисплеи, проецирующие изображение на сетчатку (Virtual Retinal Display, VRD)

Аппараты, позволяющие при помощи лазерного луча малой мощности проецировать изображение непосредственно на сетчатку глаза (Virtual Retinal Display, VRD), являются одним из перспективных направлений развития электронных дисплеев, особенно применительно к использованию в мобильных устройствах. Благодаря небольшим размерам и отсутствию громоздкого экрана, VRD-проектор можно встраивать в одежду и специальную экипировку (очки, шлемы и т.д.). Кроме того, важным преимуществом данной технологии является возможность проецировать изображение, угловые размеры которого практически целиком охватывают угол зрения.

Изображение в VRD-устройствах формируется последовательно (пиксел за пикселом) при помощи устройства развертки: луч лазера с большой скоростью «прорисовывает» строки пикселов изображения аналогично тому, как это происходит в лазерном принтере. Один из первых прототипов монохромного VRD-дисплея был создан сотрудниками лаборатории пользовательского интерфейса Вашингтонского университета в 1991 году.

На современном этапе технически возможно создание VRD-дисплеев, проецирующих монохромные и цветные изображения с разрешающей способностью порядка 800x600 пикселов. Для формирования цветного изображения используются три лазера (красный, зеленый и синий), лучи которых совмещаются при помощи специальной оптической системы. В настоящее время модули VRD-дисплеев, в которых применяются полупроводниковые лазеры и устройство развертки с микроэлектромеханическим приводом (MEMS), выпускает компания Microvision.

По мнению экспертов, полноценное применение данной технологии в коммерческих устройствах станет возможным при достижении уровня разрешающей способности порядка 4000x3000-8000x6000 пикселов.

Принцип работы цветного VRD-дисплея

Размеры модуля VRD-дисплея позволяют встраивать его в очки

OLED- и LEP-дисплеи

OLED и LEP — родственные технологии, позволяющие создавать излучающие электронные дисплеи на базе люминесцирующих материалов.

OLED (Organic Light Emitting Diode) — это светодиоды на основе органических материалов. Первыми проводить исследования в данной области начали в конце 80-х годов прошлого века сотрудники компании Eastman Kodak.

LEP (Light Emitting Polymer) — это светоизлучающие полимеры, впервые синтезированные учеными Кембриджского университета. Впоследствии разработками в данном направлении стала заниматься компания Cambridge Display Technology.

Схема устройства OLED-дисплея

Принципиальное отличие OLED- и LEP-дисплеев от устройств на базе ЖК-технологии заключается в использовании органических веществ, излучающих свет под воздействием электрического поля (в ЖК-дисплеях свет, излучаемый лампой подсветки, проходит через ячейки ЖК-матрицы и светофильтры). Благодаря этой особенности в OLED- и LEP-дисплеях нет необходимости применять лампу подсветки, поляризующие пленки и ряд других компонентов, являющихся обязательными элементами ЖК-устройств. За счет более простой структуры OLED-дисплеи можно сделать чрезвычайно тонким и легкими. Кроме того, они могут работать от меньшего (по сравнению с ЖК-панелями) напряжения, обладают низким уровнем энергопотребления и выделяют незначительное количество тепла.

Прототип 40-дюймового OLED-дисплея, созданного инженерами Samsung Electronics

По качеству изображения OLED-технология также превосходит ЖК, обеспечивая более высокие яркость и контрастность, а также очень большой эффективный угол обзора (до 180° как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости) без заметных искажений цветопередачи. При этом полноцветные OLED-дисплеи имеют цветовой охват на уровне хороших ЭЛТ-мониторов и обеспечивают значительно более точное воспроизведение цветов, чем современные модели ЖК-мониторов.

Использование люминесцирующих материалов позволит в перспективе сделать апертуру пиксела OLED-дисплея практически равной 1 (то есть эффективная площадь пиксела будет равна его полной площади), что в принципе невозможно в случае ЖК-технологии. Дополнительным преимуществом OLED-дисплеев является чрезвычайно малое время реакции пикселов (у существующих прототипов — порядка десятков микросекунд), причем практически не зависящее от температуры (в отличие от ЖК-дисплеев, OLED- и LEP-устройства не «замерзают» при низкой температуре).

OLED-технология особенно привлекательна для создания дисплеев небольшого размера, поскольку имеет значительно более высокий (по сравнению с ЖК) потенциал для увеличения разрешающей способности (на нынешнем этапе — до нескольких сотен пикселов на дюйм).

В настоящее время на базе технологий OLED и LEP технически возможно создание монохромных, многоцветных и полноцветных дисплеев с активной либо пассивной матрицей.

У OLED- и LEP-дисплеев есть ряд недостатков, которые пока ограничивают сферу их применения в серийно выпускаемых устройствах. В частности, органические молекулярные и полимерные светоизлучающие материалы быстро разрушаются под воздействием содержащегося в воздухе кислорода и водяных паров, поэтому для обеспечения приемлемой (с точки зрения коммерческого использования) долговечности необходима полная герметизация начинки дисплейной панели. Кроме того, органические светоизлучающие материалы постепенно деградируют в процессе работы — это проявляется в уменьшении их эффективности (падении яркости при заданном напряжении питания) и изменении спектральных характеристик. Одним из наиболее актуальных на данный момент направлений работы в области совершенствования OLED- и LEP-дисплеев является создание более долговечных излучающих материалов.

Работы в области создания и производства OLED- и LEP-дисплеев, а также оптимизации характеристик органических светоизлучающих материалов в настоящее время ведут компании Cambridge Display Technologies (CDT), DuPont, Eastman Kodak, LG Electronics, Philips, Pioneer, RiTdisplay, Samsung SDI, Sanyo Epson Imaging Device Corporation, Sony, Toshiba и Universal Display Corporation.

В настоящее время OLED- и LEP-дисплеи находятся на начальной стадии коммерциализации. Начиная с 2002 года в ряде серийно выпускаемых устройств (цифровых индикаторах, автомагнитолах, портативных медиаплеерах, сотовых телефонах и пр.) применяются OLED- и LEP-дисплеи с небольшим размером экрана. OLED-дисплеи с большим размером экрана (до 40 дюймов по диагонали) пока существуют только в виде экспериментальных и выставочных прототипов. Ожидается, что серийные модели дисплейных панелей и телевизоров на базе OLED с размером экрана до 20 дюймов по диагонали появятся в продаже в 2009-2010 годах, а устройства с экраном более 30 дюймов — в 2011-2012 годах.

3D-дисплеи на базе ЖК

К настоящему моменту разработано несколько технологий производства дисплеев, создающих у пользователя правдоподобную иллюзию объемного (трехмерного) цветного изображения без применения вспомогательных средств (очков и пр.).

Нужного эффекта можно достичь, оснастив обычный ЖК-дисплей так называемым параллакс-барьером (например, пленкой с чередующимися непрозрачными вертикальными полосками и узкими прозрачными зазорами между ними). Если шаг полосок параллакс-барьера равен ширине двух пикселов, то при отклонении в одну сторону от осевой линии монитора наблюдатель сможет видеть только четные столбцы пикселов, а при отклонении в другую — нечетные. Изменяя расстояние между экраном монитора и параллакс-барьером, можно добиться того, чтобы правый глаз наблюдателя воспринимал изображение, сформированное нечетными столбцами пикселов, а левый — четными. Если вывести на экран такого монитора специальным образом подготовленную стереограмму (в которой будут через один перемежаться столбцы пикселов изображений левого и правого ракурсов), то у зрителя возникнет иллюзия трехмерности.

Принцип действия параллакс-барьера, расположенного с внешней стороны дисплейной панели

Параллакс-барьер может быть как пассивным (пленка с непрозрачными полосками), так и активным элементом (монохромная ЖК-панель). В последнем случае монитор можно сделать универсальным: с выключенным параллакс-барьером он будет работать в обычном, двумерном режиме, а при активации параллакс-барьера — в трехмерном.

ЖК-мониторы, позволяющие воспроизводить трехмерные изображения без применения вспомогательных средств, уже есть в продаже

Несколько лет назад специалисты Philips Research Redhill разработали собственный вариант конструкции 3D-монитора на базе ЖК-панели, в котором вместо параллакс-барьера используется массив миниатюрных цилиндрических линз.

На данный момент 3D-дисплеи на базе ЖК-технологии находятся на начальной стадии коммерциализации. Решения, позволяющие пользователю наблюдать объемное цветное изображение без вспомогательных средств (специальных очков и т.п.), уже реализованы в ряде серийно выпускаемых ЖК-дисплеев NEC, Philips, Sharp и ряда других. Правда, сфера применения подобных устройств пока остается довольно ограниченной — они используются главным образом для показа рекламных материалов в крупных торговых центрах. Одной из основных проблем, препятствующих широкому распространению 3D-мониторов, является отсутствие простых в применении и при этом недорогих программных средств, позволяющих создавать изображения и видео в трехмерном виде.

Принцип действия активного параллакс-барьера между ЖК-панелью и лампой подсветки

В настоящее время исследования в области создания 3D-дисплеев на базе ЖК-технологии ведут компании Eastman Kodak, Hitachi, NEC, Philips, Samsung, Sanyo, Sharp и Toshiba.

Электронные чернила (e-ink)

Технология электронных чернил была разработана компаниями E Ink и Philips. В ходе многолетних исследований ученым удалось создать новый тип устройств визуализации информации — электрофоретические отражающие дисплеи. Такие устройства обладают оптическими и механическими характеристиками, схожими с обычной бумагой. Базовыми элементами электрофоретических дисплеев являются микрокапсулы, диаметр которых не превышает толщину человеческого волоса. Внутри каждой микрокапсулы находится большое количество пигментных частиц двух цветов: положительно заряженные белые и отрицательно заряженные черные, а все внутреннее пространство микрокапсулы заполнено вязкой прозрачной жидкостью.

Принцип работы электрофоретического отражающего дисплея

Слой микрокапсул расположен между двумя рядами взаимно перпендикулярных гибких электродов (сверху — прозрачных, снизу — непрозрачных), образующих адресную сетку. При подаче напряжения на два взаимно перпендикулярных электрода в точке их пересечения возникает электрическое поле, под действием которого в расположенной между ними микрокапсуле группируются пигментные частицы. Частицы с одним зарядом собираются в верхней части микрокапсулы, а с противоположным — в нижней. Для того чтобы поменять цвет точки экрана с белого на черный или наоборот, достаточно изменить полярность напряжения, поданного на соответствующую пару электродов. Таким образом, пиксел экрана, соответствующий данной микрокапсуле, окрасится в черный либо в белый цвет; при этом пигментные частицы, сгруппировавшиеся в верхней части микрокапсулы, скроют от наблюдателя все частицы, сосредоточенные в ее нижней части.

Дисплеи на базе электронных чернил способны сохранять изображение на экране даже при отсутствии электропитания (подача напряжения на управляющие электроды необходима лишь для переключения состояния пиксела), что наряду с отсутствием лампы подсветки обеспечивает очень низкий уровень энергопотребления. Такие дисплеи являются отражающими и обеспечивают хорошую читаемость изображения практически под любым углом и при любом освещении. В качестве подложки для создания дисплеев на основе электронных чернил можно использовать различные материалы: стекло, пластик, металлическую фольгу, ткань и даже бумагу. Уже созданы прототипы подобных дисплеев на гибкой подложке, способные сохранять работоспособность при сгибании и даже скручивании в рулон.

Так выглядит изображение на экране электрофоретического дисплея

Основными недостатками дисплеев на базе электронных чернил являются большое время переключения пикселов (0,5-1 с) и ограниченное количество воспроизводимых оттенков (серийно выпускаемые модули позволяют отображать 4 либо 16 оттенков серого).

Прототип гибкого дисплея на базе электронных чернил (фото Plastic Logic)

В настоящее время технология электронных чернил, позволяющая создавать монохромные отражающие дисплеи, находится на начальной стадии коммерциализации. Основной сферой применения подобных дисплеев являются устройства для чтения электронных книг, бюджетные модели аудиоплееров и мобильных телефонов, информационные табло в общественных местах (магазинах, вокзалах, остановках общественного транспорта и т.д.). На протяжении уже нескольких лет выпускаются устройства для чтения электронных книг, оснащенные дисплеями на базе электронных чернил компании E Ink (подробнее об этом можно прочитать в статье «Книги нового тысячелетия»). Есть примеры использования таких дисплеев и в других типах устройств. Так, в 2005 году компания Seiko выпустила наручные электронные часы, оснащенные дисплеем на базе электронных чернил, а в конце 2006-го компания Motorola представила первый мобильный телефон с подобным дисплеем (модель Motofone F3).

Устройство для чтения электронных книг iRex iLiad, оснащенное отражающим электрофоретическим дисплеем компании E Ink (фото iRex)

В настоящее время исследователи ведут работы по созданию цветных электрофоретических дисплеев, обладающих небольшим временем отклика. На протяжении последних лет было продемонстрировано несколько работающих прототипов подобных дисплейных панелей (в том числе и созданные на гибкой подложке), однако никакой информации о предполагаемых сроках их внедрения в серийно выпускаемых изделиях пока нет.

Дисплеи на базе бистабильных ЖК-структур (ChLCD и PABN LCD)

По мере роста популярности и многообразия портативных электронных устройств производители проявляют все больший интерес к дисплеям на базе бистабильных ЖК-структур. В отличие от традиционных ЖК-дисплеев, в таких устройствах используются микроструктуры, способные в течение длительного времени находиться в одном из двух устойчивых состояний даже при отсутствии внешнего электрического поля (отсюда и название «бистабильные»). В одном из этих состояний ячейка на основе жидкого кристалла пропускает свет, а в другом — нет. Переключение ячейки из одного состояния осуществляется посредством воздействия внешнего электрического поля, возникающего при подаче напряжения на пару управляющих электродов. Объединив множество бистабильных ячеек в двумерный массив, можно создать дисплей с очень высокой разрешающей способностью (порядка нескольких сотен и даже тысяч пикселов на дюйм).

Монохромная дисплейная панель ChLCD, выпускаемая компанией LC-TEC Displays

По своим свойствам подобные дисплеи во многом схожи с описанными в предыдущем разделе устройствами на базе электронных чернил. Они обладают очень низким уровнем энергопотребления и способны сохранять изображение на экране при отключении питания. Как и в случае дисплеев на базе электронных чернил, существенным их недостатком является большое (порядка 1 с) время переключения состояния пиксела, что делает невозможным отображение видео. Используя бистабильные ЖК-структуры, можно создавать монохромные и цветные дисплеи — как оснащенные подсветкой, так и без нее.

Прототип цветного дисплея, созданного по технологии PABN LCD специалистами одной из лабораторий НР

Начиная с 1993 года работы в области создания дисплеев на базе холестерических жидких кристаллов (Cholesteric Liquid Crystal Display, ChLCD) ведет компания Kent Displays. Технология ChLCD позволяет создавать как монохромные, так и цветные дисплеи различных размеров. Разработкой и производством монохромных дисплейных панелей на базе бистабильных ЖК-структур занимается также шведская компания LC-TEC Displays.

Основная сфера применения монохромных дисплеев с использованием бистабильных ЖК-структур — портативные электронные устройства, а также информационные табло, вывески и т.д.

В настоящее время технология ChLCD находится в стадии коммерциализации — монохромные дисплеи данного типа используются в ряде серийно выпускаемых изделий. Например, во второй половине 2005 года компания A-Data выпустила портативные флэш-накопители, оснащенные небольшими монохромными дисплеями (на которых отображается имя диска и количество оставшегося свободного места), а в числе экспонатов CeBit 2006 была представлена даже SD-карта с дисплеем.

Развитием одной из разновидностей данной технологии, позволяющей создавать цветные дисплеи с высокой разрешающей способностью, занимается группа ученых расположенной в Бристоле (Великобритания) лаборатории НР. Данная технология, получившая название PABN LCD (Post-Aligned Bistable Nematic LCD), уже на нынешнем уровне развития позволяет создавать цветные дисплеи с разрешающей способностью порядка 200-400 ppi (что вполне сопоставимо с детальностью отпечатков цветных лазерных принтеров начального уровня).

Дисплеи на базе технологий SED, FED и NED

Группа из трех родственных технологий — FED (Field Emission Display), SED (Surface-conduction Electron-emitter Display) и NED (Nanotube Emissive Display) — является качественно новой ступенью развития дисплеев на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Как и в случае ЭЛТ, изображение на экранах дисплеев перечисленных типов формируется за счет свечения люминофора, возбуждаемого потоком электронов. Правда, в отличие от ЭЛТ, оснащенной всего лишь тремя электронными пушками, лучи каждой из которых при помощи электромагнитной отклоняющей системы последовательно пробегают по строкам экрана, в SED-дисплеях применяются малогабаритные источники электронов (молибденовые конусы диаметром всего около 200 нм), массивы которых расположены в каждой из ячеек экрана. (В NED-устройствах в качестве источников электронов используются углеродные нанотрубки.)

Принцип работы SED-дисплея

Применение большого количества миниатюрных источников электронов позволяет сделать дисплеи значительно более тонкими, легкими и экономичными по сравнению с устройствами на базе ЭЛТ. При этом SED-, FED- и NED-дисплеи обладают многими достоинствами систем на базе ЭЛТ: высоким уровнем яркости и контрастности изображения, большим углом обзора, широким цветовым охватом и высокой точностью цветопередачи, а также незначительной инерционностью изображения.

Использование большого количества источников электронов (до нескольких тысяч на каждый пиксел) обеспечивает высокую надежность дисплейных панелей — в отличие от ЖК-мониторов, где выход из строя транзистора, управляющего одним из субпикселов, автоматически означает появление «мертвого» (или залипшего) пиксела на экране.

Прототип SED-дисплея Canon

Определенным недостатком дисплеев рассматриваемых типов является сложность (а следовательно, и дороговизна) их производства. По мнению экспертов, именно по этой причине выпуск таких устройств будет рентабельным лишь при изготовлении панелей с относительно большим размером экрана (50 дюймов и более).

В 2005 году компании Canon и Toshiba основали совместное предприятие для разработки и производства дисплейных панелей на базе технологии SED. В октябре 2006-го на конференции FPD International 2006 был продемонстрирован прототип 55-дюймовой SED-панели, имеющей разрешение Full HD и обеспечивающей контрастность изображения на уровне 100 000:1. Однако приступить выпуску SED-дисплеев в конце 2006 года (как это планировалось первоначально) по ряду причин не получилось. А в начале 2007 года стало известно, что Toshiba продала свою долю в совместном предприятии компании Canon. Представители Canon пока официально отрицают наличие технологических трудностей, препятствующих запуску серийного производства SED-дисплеев, но при этом отказываются назвать хотя бы приблизительные сроки их появления на рынке.

Прототип FED-дисплея

Между тем в конце 2006 года компания Sony и японский технологический фонд Technology Carve-out Investment Fund (TCI) основали предприятие Field Emission Technologies, основным направлением деятельности которого является разработка пригодных к коммерческой эксплуатации FED-дисплеев. Менее чем через год, на выставке CEATEC Japan 2007, представители Field Emission Technologies продемонстрировали работающий прототип 19-дюймового FED-дисплея, имеющего разрешающую способность 1280x960 пикселов и работающего с частотой регенерации 240 кадров в секунду (это позволяет устранить эффект мерцания, присущий телевизорам на базе ЭЛТ). По информации разработчиков, при одинаковой яркости энергопотребление FED-панели оказывается примерно втрое ниже по сравнению с ЖК-дисплеем, имеющим аналогичные размеры и разрешение экрана.

В настоящее время технологии SED и FED находятся на пороге коммерциализации, и вполне возможно, что первые серийные продукты поступят в продажу уже в 2008 году.

LCoS

Технология LCoS (Liquid Crystal on Silicon — жидкие кристаллы на кремнии) разработана для использования в проекционных устройствах. Центральной частью LCoS-устройства является ЖК-матрица (микродисплей), изготовленная на кремниевой подложке (на ней же расположены и управляющие работой ячеек транзисторы). Однако, в отличие от классической проекционной ЖК-технологии, в данном случае микродисплей работает на отражение. Благодаря этому LCoS-технология обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с традиционной ЖК-технологией — в частности пикселы микродисплея LCoS характеризуются меньшим временем реакции, а за счет того, что транзисторы микродисплея расположены под ячейками субпикселов и не препятствуют прохождению света, и значительно большей апертурой.

Принцип работы проекционного устройства на базе LCoS

Исследованиями в области LCoS занимались несколько научных групп. Наибольших успехов в начале нынешнего десятилетия удалось достичь сотрудникам исследовательского отдела компании Philips. По мнению разработчиков, на базе технологии LCoS можно создавать недорогие и качественные проекционные устройства — мультимедиапроекторы и проекционные телевизоры. Таким образом, в перспективе LCoS вполне способна стать третьей силой на современном рынке мультимедиапроекторов и потеснить технологии, традиционно используемые в данном типе устройств (речь идет о DLP и 3LCD).

В 2003 году развитием и внедрением LCoS в коммерческие устройства всерьез заинтересовалась корпорация Intel. В январе 2004-го на выставке CES 2004 представители Intel объявили о намерении развивать эту технологию и в ближайшем будущем наладить серийное производство LCoS-чипов для проекционных телевизоров и мультимедиапроекторов. Спустя всего два месяца на весеннем форуме IDF были продемонстрированы работающие прототипы проекционных устройств на базе LCoS-чипов. Согласно первоначальному плану, начало серийного производства LCoS-чипов на мощностях компании Intel было намечено на вторую половину 2004 года. Однако в конце того же года Philips неожиданно объявила об уходе с рынка LCoS-чипов, свертывании всех исследовательских работ в данном направлении и прекращении выпуска соответствующих продуктов. Вскоре компания Intel также объявила о закрытии проекта по развитию технологии LCoS. После этих событий многие производители проекционных устройств утратили интерес к данной технологии, и на некоторое время она оказалась в тени.

Проектор JVC DLA-RS1, построенный на базе технологии LCoS

Тем не менее компании Hitachi, Sony и JVC продолжили работу по развитию данной технологии и выпустили несколько серийных моделей проекционных устройств на базе LCoS. Преодолев определенные технические трудности, китайские компании TSMC и SMIC сумели наладить серийный выпуск больших партий LCoS-чипов.

В 2007 году Sony выпустила первые модели проекторов класса Full HD, построенные на базе технологии SXRD (Silicon X-tal Reflective Display), фактически являющейся фирменной интерпретацией LCoS. Так что в течение ближайших двух лет с большой вероятностью можно ожидать нового всплеска интереса к технологии LCoS и ее клонам. Тем более что сроки действия патентов на эту технологию истекли и теперь производителям не придется платить лицензионные отчисления за ее использование.

Пикопроекторы

Термин «пикопроекторы», введенный в обращение специалистами компании Texas Instruments (TI), обозначает миниатюрные проекционные устройства, которые могут быть использованы как для создания карманных мультимедиапроекторов, так и в качестве модулей, встраиваемых в мобильные устройства (сотовые телефоны, КПК, портативные цифровые медиаплееры и пр.). Значительный рост интереса разработчиков и производителей портативной техники к созданию пикопроекторов, пригодных для применения в серийно выпускаемых изделиях, обусловлен тенденциями развития данного сегмента рынка. В то время как физические размеры мобильных устройств неуклонно уменьшаются, набор заложенных в них функциональных возможностей с каждым годом расширяется. Вполне очевидно, что разместить в маленьком корпусе большой дисплей, который бы обеспечивал достаточно комфортную работу с современными мобильными приложениями, становится все сложнее. И неспроста разработчики обратили свои взоры на проекционные устройства — ведь именно это решение позволяет без особых проблем получать изображение, размеры которого во много раз превосходят габариты самого аппарата.

Прототип встраиваемого модуля пикопроектора, созданный инженерами компании Microvision на базе полупроводниковых лазеров и микроэлектромеханической системы развертки (фото Microvision)

По размеру существующие прототипы пикопроекторов не больше спичечного коробка, а низкий уровень энергопотребления позволяет использовать питание от автономных источников (аккумуляторов). В настоящее время уже создано несколько различных конструкций миниатюрных проекционных модулей, позволяющих формировать цветное изображение. В качестве источников света в пикопроекторах применяются яркие светодиоды или полупроводниковые лазеры, а роль модуляторов выполняют DMD-матрицы, ЖК-панели либо системы развертки с миниатюрным подвижным микрозеркалом.

Мобильные телефоны со встроенным проектором могут появиться в продаже уже в 2009 году

Работы по созданию пикопроекторов и ключевых компонентов для них в настоящее время ведут компании Displaytech, Explay, Light Blue Optics, Microvision и Texas Instruments. Интересно отметить, что компания Microvision при создании своего лазерного пикопроектора использовала многие технические решения, изначально разработанные для VRD-дисплеев. В 2006-2007 годах на нескольких крупных международных выставках были продемонстрированы работающие прототипы пикопроекоторов (подробнее см. в публикации «Бум пикопроекторов»). В 2008 году появилиcь первых прототипов мобильных устройств, оснащенных встроенными пикопроекторами. Серийно выпускаемые устройства со встроенными пикопроекторами появялись на рынке в 2009 году.

Заключение.

Таким образом, в дальнейшем нас ожидают поистине грандиозные перемены в индустрии электронных дисплеев, которые окажут заметное влияние на развитие компьютеров, портативных цифровых устройств, бытовой электроники и т.п.

Литература:

1.Интернет ресурсы: www.cit-forum.ru

www.sapr.ru

2.Банк рефератов.

www.ronl.ru

Реферат: Электронные дисплеи

Московский государственный университет экономики,

статистики и информатики

Реферат

по курсу «Информатика и программирование»

Тема: Электронные дисплеи.

Выполнил:Балмахан Б.Б.

Содержание

1. Введение

2. Дисплеи, проецирующие изображение на сетчатку (Virtual Retinal

Display, VRD)

3. OLED и LEP-дисплеи

4.3D дисплеи на базе ЖК

5. Электронные чернила (e-ink)

6. Дисплеи на базе бистабильных ЖК-структур (ChLCD и PABN LCD)

7. Дисплеи на базе технологий SED, FED и NED

8. LCoS

9. Пикопроекторы

Литература

Введение

Дисплей (анг. display — показывать) относится к основным устройствам любого ПК, без которого невозможна эффективная работа. Можно, конечно, выводить всю необходимую пользователю информацию о работе и состоянии системы на печатающее устройство (так оно и было в первых моделях ЭВМ), но это длительный и не очень наглядный процесс. Наиболее важная отличительная особенность современных компьютеров заключается в возможности почти мгновенного взаимодействия (работа в режиме реального времени) между системой и пользователем. В большинстве систем это взаимодействие осуществляется при помощи клавиатуры (и/или манипуляторов) и экрана дисплея. В процессе работы на экране дисплея отображаются как вводимые пользователем команды и данные, так и реакция системы на них.

Назначение. Устройство визуального отображения информации или, более точно, устройство отображения информации, находящейся в оперативной памяти, позволяющее обеспечить взаимодействие пользователя с аппаратным и программным обеспечением компьютера. Дисплей — это важнейший компонент пользовательского интерфейса.

Исторически сложилось так, что устройство отображения информации называют и дисплеем, и монитором (видеомонитором), и терминалом (видеотерминалом). Эти термины часто используются как синонимы, хотя каждое конкретное название используется, чтобы подчеркнуть, высветить требуемую особенность применения устройства.

Дисплей — это общее название устройства, показывающего, отображающего информацию.

История компьютеров неразрывно связана с совершенствованием дисплеев. А если говорить о множестве широко распространенных сегодня портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны, КПК, цифровые фотокамеры и портативные медиаплееры, то их появление и развитие вообще невозможно себе представить без компактных, легких и экономичных дисплеев.

В этой работе мы рассмотрим несколько перспективных направлений развития электронных дисплеев, которые уже оказала заметное влияние на развитие индустрии компьютеров и цифровых развлекательных устройств.

Дисплеи, проецирующие изображение на сетчатку (Virtual Retinal Display, VRD)

Аппараты, позволяющие при помощи лазерного луча малой мощности проецировать изображение непосредственно на сетчатку глаза (Virtual Retinal Display, VRD), являются одним из перспективных направлений развития электронных дисплеев, особенно применительно к использованию в мобильных устройствах. Благодаря небольшим размерам и отсутствию громоздкого экрана, VRD-проектор можно встраивать в одежду и специальную экипировку (очки, шлемы и т.д.). Кроме того, важным преимуществом данной технологии является возможность проецировать изображение, угловые размеры которого практически целиком охватывают угол зрения.

Изображение в VRD-устройствах формируется последовательно (пиксел за пикселом) при помощи устройства развертки: луч лазера с большой скоростью «прорисовывает» строки пикселов изображения аналогично тому, как это происходит в лазерном принтере. Один из первых прототипов монохромного VRD-дисплея был создан сотрудниками лаборатории пользовательского интерфейса Вашингтонского университета в 1991 году.

На современном этапе технически возможно создание VRD-дисплеев, проецирующих монохромные и цветные изображения с разрешающей способностью порядка 800x600 пикселов. Для формирования цветного изображения используются три лазера (красный, зеленый и синий), лучи которых совмещаются при помощи специальной оптической системы. В настоящее время модули VRD-дисплеев, в которых применяются полупроводниковые лазеры и устройство развертки с микроэлектромеханическим приводом (MEMS), выпускает компания Microvision.

По мнению экспертов, полноценное применение данной технологии в коммерческих устройствах станет возможным при достижении уровня разрешающей способности порядка 4000x3000-8000x6000 пикселов.

Принцип работы цветного VRD-дисплея

Размеры модуля VRD-дисплея позволяют встраивать его в очки

OLED- и LEP-дисплеи

OLED и LEP — родственные технологии, позволяющие создавать излучающие электронные дисплеи на базе люминесцирующих материалов.

OLED (Organic Light Emitting Diode) — это светодиоды на основе органических материалов. Первыми проводить исследования в данной области начали в конце 80-х годов прошлого века сотрудники компании Eastman Kodak.

LEP (Light Emitting Polymer) — это светоизлучающие полимеры, впервые синтезированные учеными Кембриджского университета. Впоследствии разработками в данном направлении стала заниматься компания Cambridge Display Technology.

Схема устройства OLED-дисплея

Принципиальное отличие OLED- и LEP-дисплеев от устройств на базе ЖК-технологии заключается в использовании органических веществ, излучающих свет под воздействием электрического поля (в ЖК-дисплеях свет, излучаемый лампой подсветки, проходит через ячейки ЖК-матрицы и светофильтры). Благодаря этой особенности в OLED- и LEP-дисплеях нет необходимости применять лампу подсветки, поляризующие пленки и ряд других компонентов, являющихся обязательными элементами ЖК-устройств. За счет более простой структуры OLED-дисплеи можно сделать чрезвычайно тонким и легкими. Кроме того, они могут работать от меньшего (по сравнению с ЖК-панелями) напряжения, обладают низким уровнем энергопотребления и выделяют незначительное количество тепла.

Прототип 40-дюймового OLED-дисплея,созданного инженерами Samsung Electronics

По качеству изображения OLED-технология также превосходит ЖК, обеспечивая более высокие яркость и контрастность, а также очень большой эффективный угол обзора (до 180° как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости) без заметных искажений цветопередачи. При этом полноцветные OLED-дисплеи имеют цветовой охват на уровне хороших ЭЛТ-мониторов и обеспечивают значительно более точное воспроизведение цветов, чем современные модели ЖК-мониторов.

Использование люминесцирующих материалов позволит в перспективе сделать апертуру пиксела OLED-дисплея практически равной 1 (то есть эффективная площадь пиксела будет равна его полной площади), что в принципе невозможно в случае ЖК-технологии. Дополнительным преимуществом OLED-дисплеев является чрезвычайно малое время реакции пикселов (у существующих прототипов — порядка десятков микросекунд), причем практически не зависящее от температуры (в отличие от ЖК-дисплеев, OLED- и LEP-устройства не «замерзают» при низкой температуре).

OLED-технология особенно привлекательна для создания дисплеев небольшого размера, поскольку имеет значительно более высокий (по сравнению с ЖК) потенциал для увеличения разрешающей способности (на нынешнем этапе — до нескольких сотен пикселов на дюйм).

В настоящее время на базе технологий OLED и LEP технически возможно создание монохромных, многоцветных и полноцветных дисплеев с активной либо пассивной матрицей.

У OLED- и LEP-дисплеев есть ряд недостатков, которые пока ограничивают сферу их применения в серийно выпускаемых устройствах. В частности, органические молекулярные и полимерные светоизлучающие материалы быстро разрушаются под воздействием содержащегося в воздухе кислорода и водяных паров, поэтому для обеспечения приемлемой (с точки зрения коммерческого использования) долговечности необходима полная герметизация начинки дисплейной панели. Кроме того, органические светоизлучающие материалы постепенно деградируют в процессе работы — это проявляется в уменьшении их эффективности (падении яркости при заданном напряжении питания) и изменении спектральных характеристик. Одним из наиболее актуальных на данный момент направлений работы в области совершенствования OLED- и LEP-дисплеев является создание более долговечных излучающих материалов.

Работы в области создания и производства OLED- и LEP-дисплеев, а также оптимизации характеристик органических светоизлучающих материалов в настоящее время ведут компании Cambridge Display Technologies (CDT), DuPont, Eastman Kodak, LG Electronics, Philips, Pioneer, RiTdisplay, Samsung SDI, Sanyo Epson Imaging Device Corporation, Sony, Toshiba и Universal Display Corporation.

В настоящее время OLED- и LEP-дисплеи находятся на начальной стадии коммерциализации. Начиная с 2002 года в ряде серийно выпускаемых устройств (цифровых индикаторах, автомагнитолах, портативных медиаплеерах, сотовых телефонах и пр.) применяются OLED- и LEP-дисплеи с небольшим размером экрана. OLED-дисплеи с большим размером экрана (до 40 дюймов по диагонали) пока существуют только в виде экспериментальных и выставочных прототипов. Ожидается, что серийные модели дисплейных панелей и телевизоров на базе OLED с размером экрана до 20 дюймов по диагонали появятся в продаже в 2009-2010 годах, а устройства с экраном более 30 дюймов — в 2011-2012 годах.

3D-дисплеи на базе ЖК

К настоящему моменту разработано несколько технологий производства дисплеев, создающих у пользователя правдоподобную иллюзию объемного (трехмерного) цветного изображения без применения вспомогательных средств (очков и пр.).

Нужного эффекта можно достичь, оснастив обычный ЖК-дисплей так называемым параллакс-барьером (например, пленкой с чередующимися непрозрачными вертикальными полосками и узкими прозрачными зазорами между ними). Если шаг полосок параллакс-барьера равен ширине двух пикселов, то при отклонении в одну сторону от осевой линии монитора наблюдатель сможет видеть только четные столбцы пикселов, а при отклонении в другую — нечетные. Изменяя расстояние между экраном монитора и параллакс-барьером, можно добиться того, чтобы правый глаз наблюдателя воспринимал изображение, сформированное нечетными столбцами пикселов, а левый — четными. Если вывести на экран такого монитора специальным образом подготовленную стереограмму (в которой будут через один перемежаться столбцы пикселов изображений левого и правого ракурсов), то у зрителя возникнет иллюзия трехмерности.

Принцип действия параллакс-барьера, расположенного с внешнейстороны дисплейной панели

Параллакс-барьер может быть как пассивным (пленка с непрозрачными полосками), так и активным элементом (монохромная ЖК-панель). В последнем случае монитор можно сделать универсальным: с выключенным параллакс-барьером он будет работать в обычном, двумерном режиме, а при активации параллакс-барьера — в трехмерном.

ЖК-мониторы, позволяющие воспроизводитьтрехмерные изображения без применениявспомогательных средств, уже есть в продаже

Несколько лет назад специалисты Philips Research Redhill разработали собственный вариант конструкции 3D-монитора на базе ЖК-панели, в котором вместо параллакс-барьера используется массив миниатюрных цилиндрических линз.

На данный момент 3D-дисплеи на базе ЖК-технологии находятся на начальной стадии коммерциализации. Решения, позволяющие пользователю наблюдать объемное цветное изображение без вспомогательных средств (специальных очков и т.п.), уже реализованы в ряде серийно выпускаемых ЖК-дисплеев NEC, Philips, Sharp и ряда других. Правда, сфера применения подобных устройств пока остается довольно ограниченной — они используются главным образом для показа рекламных материалов в крупных торговых центрах. Одной из основных проблем, препятствующих широкому распространению 3D-мониторов, является отсутствие простых в применении и при этом недорогих программных средств, позволяющих создавать изображения и видео в трехмерном виде.

Принцип действия активного параллакс-барьера между ЖК-панелью и лампой подсветки

В настоящее время исследования в области создания 3D-дисплеев на базе ЖК-технологии ведут компании Eastman Kodak, Hitachi, NEC, Philips, Samsung, Sanyo, Sharp и Toshiba.

Электронные чернила (e-ink)

Технология электронных чернил была разработана компаниями E Ink и Philips. В ходе многолетних исследований ученым удалось создать новый тип устройств визуализации информации — электрофоретические отражающие дисплеи. Такие устройства обладают оптическими и механическими характеристиками, схожими с обычной бумагой. Базовыми элементами электрофоретических дисплеев являются микрокапсулы, диаметр которых не превышает толщину человеческого волоса. Внутри каждой микрокапсулы находится большое количество пигментных частиц двух цветов: положительно заряженные белые и отрицательно заряженные черные, а все внутреннее пространство микрокапсулы заполнено вязкой прозрачной жидкостью.

Принцип работы электрофоретического отражающего дисплея

Слой микрокапсул расположен между двумя рядами взаимно перпендикулярных гибких электродов (сверху — прозрачных, снизу — непрозрачных), образующих адресную сетку. При подаче напряжения на два взаимно перпендикулярных электрода в точке их пересечения возникает электрическое поле, под действием которого в расположенной между ними микрокапсуле группируются пигментные частицы. Частицы с одним зарядом собираются в верхней части микрокапсулы, а с противоположным — в нижней. Для того чтобы поменять цвет точки экрана с белого на черный или наоборот, достаточно изменить полярность напряжения, поданного на соответствующую пару электродов. Таким образом, пиксел экрана, соответствующий данной микрокапсуле, окрасится в черный либо в белый цвет; при этом пигментные частицы, сгруппировавшиеся в верхней части микрокапсулы, скроют от наблюдателя все частицы, сосредоточенные в ее нижней части.

Дисплеи на базе электронных чернил способны сохранять изображение на экране даже при отсутствии электропитания (подача напряжения на управляющие электроды необходима лишь для переключения состояния пиксела), что наряду с отсутствием лампы подсветки обеспечивает очень низкий уровень энергопотребления. Такие дисплеи являются отражающими и обеспечивают хорошую читаемость изображения практически под любым углом и при любом освещении. В качестве подложки для создания дисплеев на основе электронных чернил можно использовать различные материалы: стекло, пластик, металлическую фольгу, ткань и даже бумагу. Уже созданы прототипы подобных дисплеев на гибкой подложке, способные сохранять работоспособность при сгибании и даже скручивании в рулон.

Так выглядит изображение на экранеэлектрофоретического дисплея

Основными недостатками дисплеев на базе электронных чернил являются большое время переключения пикселов (0,5-1 с) и ограниченное количество воспроизводимых оттенков (серийно выпускаемые модули позволяют отображать 4 либо 16 оттенков серого).

Прототип гибкого дисплея на базе электронныхчернил (фото Plastic Logic)

В настоящее время технология электронных чернил, позволяющая создавать монохромные отражающие дисплеи, находится на начальной стадии коммерциализации. Основной сферой применения подобных дисплеев являются устройства для чтения электронных книг, бюджетные модели аудиоплееров и мобильных телефонов, информационные табло в общественных местах (магазинах, вокзалах, остановках общественного транспорта и т.д.). На протяжении уже нескольких лет выпускаются устройства для чтения электронных книг, оснащенные дисплеями на базе электронных чернил компании E Ink (подробнее об этом можно прочитать в статье «Книги нового тысячелетия»). Есть примеры использования таких дисплеев и в других типах устройств. Так, в 2005 году компания Seiko выпустила наручные электронные часы, оснащенные дисплеем на базе электронных чернил, а в конце 2006-го компания Motorola представила первый мобильный телефон с подобным дисплеем (модель Motofone F3).

Устройство для чтения электронных книгiRex iLiad, оснащенное отражающим электрофоретическимдисплеем компании E Ink (фото iRex)

В настоящее время исследователи ведут работы по созданию цветных электрофоретических дисплеев, обладающих небольшим временем отклика. На протяжении последних лет было продемонстрировано несколько работающих прототипов подобных дисплейных панелей (в том числе и созданные на гибкой подложке), однако никакой информации о предполагаемых сроках их внедрения в серийно выпускаемых изделиях пока нет.

Дисплеи на базе бистабильных ЖК-структур (ChLCD и PABN LCD)

По мере роста популярности и многообразия портативных электронных устройств производители проявляют все больший интерес к дисплеям на базе бистабильных ЖК-структур. В отличие от традиционных ЖК-дисплеев, в таких устройствах используются микроструктуры, способные в течение длительного времени находиться в одном из двух устойчивых состояний даже при отсутствии внешнего электрического поля (отсюда и название «бистабильные»). В одном из этих состояний ячейка на основе жидкого кристалла пропускает свет, а в другом — нет. Переключение ячейки из одного состояния осуществляется посредством воздействия внешнего электрического поля, возникающего при подаче напряжения на пару управляющих электродов. Объединив множество бистабильных ячеек в двумерный массив, можно создать дисплей с очень высокой разрешающей способностью (порядка нескольких сотен и даже тысяч пикселов на дюйм).

Монохромная дисплейная панель ChLCD,выпускаемая компанией LC-TEC Displays

По своим свойствам подобные дисплеи во многом схожи с описанными в предыдущем разделе устройствами на базе электронных чернил. Они обладают очень низким уровнем энергопотребления и способны сохранять изображение на экране при отключении питания. Как и в случае дисплеев на базе электронных чернил, существенным их недостатком является большое (порядка 1 с) время переключения состояния пиксела, что делает невозможным отображение видео. Используя бистабильные ЖК-структуры, можно создавать монохромные и цветные дисплеи — как оснащенные подсветкой, так и без нее.

Прототип цветного дисплея, созданногопо технологии PABN LCD специалистами однойиз лабораторий НР

Начиная с 1993 года работы в области создания дисплеев на базе холестерических жидких кристаллов (Cholesteric Liquid Crystal Display, ChLCD) ведет компания Kent Displays. Технология ChLCD позволяет создавать как монохромные, так и цветные дисплеи различных размеров. Разработкой и производством монохромных дисплейных панелей на базе бистабильных ЖК-структур занимается также шведская компания LC-TEC Displays.

Основная сфера применения монохромных дисплеев с использованием бистабильных ЖК-структур — портативные электронные устройства, а также информационные табло, вывески и т.д.

В настоящее время технология ChLCD находится в стадии коммерциализации — монохромные дисплеи данного типа используются в ряде серийно выпускаемых изделий. Например, во второй половине 2005 года компания A-Data выпустила портативные флэш-накопители, оснащенные небольшими монохромными дисплеями (на которых отображается имя диска и количество оставшегося свободного места), а в числе экспонатов CeBit 2006 была представлена даже SD-карта с дисплеем.

Развитием одной из разновидностей данной технологии, позволяющей создавать цветные дисплеи с высокой разрешающей способностью, занимается группа ученых расположенной в Бристоле (Великобритания) лаборатории НР. Данная технология, получившая название PABN LCD (Post-Aligned Bistable Nematic LCD), уже на нынешнем уровне развития позволяет создавать цветные дисплеи с разрешающей способностью порядка 200-400 ppi (что вполне сопоставимо с детальностью отпечатков цветных лазерных принтеров начального уровня).

Дисплеи на базе технологий SED, FED и NED

Группа из трех родственных технологий — FED (Field Emission Display), SED (Surface-conduction Electron-emitter Display) и NED (Nanotube Emissive Display) — является качественно новой ступенью развития дисплеев на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Как и в случае ЭЛТ, изображение на экранах дисплеев перечисленных типов формируется за счет свечения люминофора, возбуждаемого потоком электронов. Правда, в отличие от ЭЛТ, оснащенной всего лишь тремя электронными пушками, лучи каждой из которых при помощи электромагнитной отклоняющей системы последовательно пробегают по строкам экрана, в SED-дисплеях применяются малогабаритные источники электронов (молибденовые конусы диаметром всего около 200 нм), массивы которых расположены в каждой из ячеек экрана. (В NED-устройствах в качестве источников электронов используются углеродные нанотрубки.)

Принцип работы SED-дисплея

Применение большого количества миниатюрных источников электронов позволяет сделать дисплеи значительно более тонкими, легкими и экономичными по сравнению с устройствами на базе ЭЛТ. При этом SED-, FED- и NED-дисплеи обладают многими достоинствами систем на базе ЭЛТ: высоким уровнем яркости и контрастности изображения, большим углом обзора, широким цветовым охватом и высокой точностью цветопередачи, а также незначительной инерционностью изображения.

Использование большого количества источников электронов (до нескольких тысяч на каждый пиксел) обеспечивает высокую надежность дисплейных панелей — в отличие от ЖК-мониторов, где выход из строя транзистора, управляющего одним из субпикселов, автоматически означает появление «мертвого» (или залипшего) пиксела на экране.

Прототип SED-дисплея Canon

Определенным недостатком дисплеев рассматриваемых типов является сложность (а следовательно, и дороговизна) их производства. По мнению экспертов, именно по этой причине выпуск таких устройств будет рентабельным лишь при изготовлении панелей с относительно большим размером экрана (50 дюймов и более).

В 2005 году компании Canon и Toshiba основали совместное предприятие для разработки и производства дисплейных панелей на базе технологии SED. В октябре 2006-го на конференции FPD International 2006 был продемонстрирован прототип 55-дюймовой SED-панели, имеющей разрешение Full HD и обеспечивающей контрастность изображения на уровне 100 000:1. Однако приступить выпуску SED-дисплеев в конце 2006 года (как это планировалось первоначально) по ряду причин не получилось. А в начале 2007 года стало известно, что Toshiba продала свою долю в совместном предприятии компании Canon. Представители Canon пока официально отрицают наличие технологических трудностей, препятствующих запуску серийного производства SED-дисплеев, но при этом отказываются назвать хотя бы приблизительные сроки их появления на рынке.

Прототип FED-дисплея

Между тем в конце 2006 года компания Sony и японский технологический фонд Technology Carve-out Investment Fund (TCI) основали предприятие Field Emission Technologies, основным направлением деятельности которого является разработка пригодных к коммерческой эксплуатации FED-дисплеев. Менее чем через год, на выставке CEATEC Japan 2007, представители Field Emission Technologies продемонстрировали работающий прототип 19-дюймового FED-дисплея, имеющего разрешающую способность 1280x960 пикселов и работающего с частотой регенерации 240 кадров в секунду (это позволяет устранить эффект мерцания, присущий телевизорам на базе ЭЛТ). По информации разработчиков, при одинаковой яркости энергопотребление FED-панели оказывается примерно втрое ниже по сравнению с ЖК-дисплеем, имеющим аналогичные размеры и разрешение экрана.

В настоящее время технологии SED и FED находятся на пороге коммерциализации, и вполне возможно, что первые серийные продукты поступят в продажу уже в 2008 году.

LCoS

Технология LCoS (Liquid Crystal on Silicon — жидкие кристаллы на кремнии) разработана для использования в проекционных устройствах. Центральной частью LCoS-устройства является ЖК-матрица (микродисплей), изготовленная на кремниевой подложке (на ней же расположены и управляющие работой ячеек транзисторы). Однако, в отличие от классической проекционной ЖК-технологии, в данном случае микродисплей работает на отражение. Благодаря этому LCoS-технология обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с традиционной ЖК-технологией — в частности пикселы микродисплея LCoS характеризуются меньшим временем реакции, а за счет того, что транзисторы микродисплея расположены под ячейками субпикселов и не препятствуют прохождению света, и значительно большей апертурой.

Принцип работы проекционного устройства на базе LCoS

Исследованиями в области LCoS занимались несколько научных групп. Наибольших успехов в начале нынешнего десятилетия удалось достичь сотрудникам исследовательского отдела компании Philips. По мнению разработчиков, на базе технологии LCoS можно создавать недорогие и качественные проекционные устройства — мультимедиапроекторы и проекционные телевизоры. Таким образом, в перспективе LCoS вполне способна стать третьей силой на современном рынке мультимедиапроекторов и потеснить технологии, традиционно используемые в данном типе устройств (речь идет о DLP и 3LCD).

В 2003 году развитием и внедрением LCoS в коммерческие устройства всерьез заинтересовалась корпорация Intel. В январе 2004-го на выставке CES 2004 представители Intel объявили о намерении развивать эту технологию и в ближайшем будущем наладить серийное производство LCoS-чипов для проекционных телевизоров и мультимедиапроекторов. Спустя всего два месяца на весеннем форуме IDF были продемонстрированы работающие прототипы проекционных устройств на базе LCoS-чипов. Согласно первоначальному плану, начало серийного производства LCoS-чипов на мощностях компании Intel было намечено на вторую половину 2004 года. Однако в конце того же года Philips неожиданно объявила об уходе с рынка LCoS-чипов, свертывании всех исследовательских работ в данном направлении и прекращении выпуска соответствующих продуктов. Вскоре компания Intel также объявила о закрытии проекта по развитию технологии LCoS. После этих событий многие производители проекционных устройств утратили интерес к данной технологии, и на некоторое время она оказалась в тени.

Проектор JVC DLA-RS1, построенныйна базе технологии LCoS

Тем не менее компании Hitachi, Sony и JVC продолжили работу по развитию данной технологии и выпустили несколько серийных моделей проекционных устройств на базе LCoS. Преодолев определенные технические трудности, китайские компании TSMC и SMIC сумели наладить серийный выпуск больших партий LCoS-чипов.

В 2007 году Sony выпустила первые модели проекторов класса Full HD, построенные на базе технологии SXRD (Silicon X-tal Reflective Display), фактически являющейся фирменной интерпретацией LCoS. Так что в течение ближайших двух лет с большой вероятностью можно ожидать нового всплеска интереса к технологии LCoS и ее клонам. Тем более что сроки действия патентов на эту технологию истекли и теперь производителям не придется платить лицензионные отчисления за ее использование.

Пикопроекторы

Термин «пикопроекторы», введенный в обращение специалистами компании Texas Instruments (TI), обозначает миниатюрные проекционные устройства, которые могут быть использованы как для создания карманных мультимедиапроекторов, так и в качестве модулей, встраиваемых в мобильные устройства (сотовые телефоны, КПК, портативные цифровые медиаплееры и пр.). Значительный рост интереса разработчиков и производителей портативной техники к созданию пикопроекторов, пригодных для применения в серийно выпускаемых изделиях, обусловлен тенденциями развития данного сегмента рынка. В то время как физические размеры мобильных устройств неуклонно уменьшаются, набор заложенных в них функциональных возможностей с каждым годом расширяется. Вполне очевидно, что разместить в маленьком корпусе большой дисплей, который бы обеспечивал достаточно комфортную работу с современными мобильными приложениями, становится все сложнее. И неспроста разработчики обратили свои взоры на проекционные устройства — ведь именно это решение позволяет без особых проблем получать изображение, размеры которого во много раз превосходят габариты самого аппарата.

Прототип встраиваемого модуля пикопроектора,созданный инженерами компании Microvisionна базе полупроводниковых лазерови микроэлектромеханической системы развертки(фото Microvision)

По размеру существующие прототипы пикопроекторов не больше спичечного коробка, а низкий уровень энергопотребления позволяет использовать питание от автономных источников (аккумуляторов). В настоящее время уже создано несколько различных конструкций миниатюрных проекционных модулей, позволяющих формировать цветное изображение. В качестве источников света в пикопроекторах применяются яркие светодиоды или полупроводниковые лазеры, а роль модуляторов выполняют DMD-матрицы, ЖК-панели либо системы развертки с миниатюрным подвижным микрозеркалом.

Мобильные телефоны со встроенным проектороммогут появиться в продаже уже в 2009 году

Работы по созданию пикопроекторов и ключевых компонентов для них в настоящее время ведут компании Displaytech, Explay, Light Blue Optics, Microvision и Texas Instruments. Интересно отметить, что компания Microvision при создании своего лазерного пикопроектора использовала многие технические решения, изначально разработанные для VRD-дисплеев. В 2006-2007 годах на нескольких крупных международных выставках были продемонстрированы работающие прототипы пикопроекоторов (подробнее см. в публикации «Бум пикопроекторов»). В 2008 году появилиcь первых прототипов мобильных устройств, оснащенных встроенными пикопроекторами. Серийно выпускаемые устройства со встроенными пикопроекторами появялись на рынке в 2009 году.

Заключение.

Таким образом, в дальнейшем нас ожидают поистине грандиозные перемены в индустрии электронных дисплеев, которые окажут заметное влияние на развитие компьютеров, портативных цифровых устройств, бытовой электроники и т.п.

Литература:

1.Интернет ресурсы: http://www.cit-forum.ru

http://www.sapr.ru

2.Банк рефератов.

superbotanik.net

Смотрите также

• 
  Реферат боевые роботы
• 
  Реферат эпидемиологическая безопасность
• 
  Синдром свита реферат
• 
  Эффект магнуса реферат
• 
  Экономика норвегии реферат
• 
  Шаговое напряжение реферат
• 
  Цикл кребса реферат
• 
  Хеликобактер пилори реферат
• 
  Флорентийская уния реферат
• 
  Типы манипуляторов реферат
• 
  Терроризм религиозный реферат