PK_displeju_tobulinimo _tendencijos_referat

TURINYS
1.ĮVADAS 2
2.TRADICINIAI CRT DISPLĖJAI 3
3.LCD DISPLĖJAI – AUGANTIS SUSIDOMĖJIMAS 6
4.PLAZMA DISPLĖJUOSE 10
5.KITOS TECHNOLOGIJOS 11
6.IŠVADOS 14
7.LITERATŪRA 15

1. Įvadas
PK displėjai tradiciškai yra kineskopiniai. Metams bėgant jie keitėsi – tobulėjo kaukė, mažėjo išgaubimo spindulys, didėjo atkuriamo vaizdo dažnis, parametrų valdymas tapo daug tobulesnis. Šiuo metu juose beveik nebeliko ką tobulinti. Tačiau pastaruoju metu sparčiai pinga ir tobulėja skystų kristalų displėjai bei taikomos visiškai kitokios technologijos gamyboje, pavyzdžiui, plazminiai, elektroliuminescentiniai, mikroveidrodžių displėjai. Jau gaminami miniatiūriniai displėjai, kuriuos galima dėvėti kaip akinius.
Šiame referate bus pabandyta apžvelgti:
 PK displėjų patobulinimus bei jų charakteristikų pokyčius paskutiniuoju metu;
 naujas teechnologijas bei jų praktinį taikymą displėjų gamybai.
Pateikiant medžiagą galvota, kad skaitytojas susipažinęs su kineskopų ir skystų kristalų displėjų veikimo principais.

2. Tradiciniai CRT displėjai
Nėra abejonių, kad daugiausia yra pasaulyje kineskopinių (CRT – Cathod Ray Tube) displėjų. Jų gamybos technologija puikiai įsisavinta. Atrodo, nėra ką tobulinti. Tačiau pamatysim, kad jie vis tik tobulinami ir šiandien, juk sakoma, kad tobulumui ribų nėra. Jei techninė pusė tobula, galima ieškoti pigesnių medžiagų ir pigesnių gamybos procesų – tai taip pat yra tobulinimas. O jei jau nėra ką tobulinti, taai arba produktas yra tobulas, arba jau pasenęs.
Patys pigiausi monitoriai nėra visiškai plokšti, turi delta tipo kineskopo kaukę ir bent 15” įstrižainės kineskopą. Palyginus su tokio pačio tipo monitoriais, gamintais prieš keletą metų, naujieji rodo vaizdą didesne raiška ir dažniu, te

enkina daug griežtesnius spinduliavimo reikalavimus (pvz.: TCO ‘99), yra truputį mažesnių gabaritų. Tačiau brangesni (reikia pastebėti, kad technologijos tobulėjimo dėka, kaina per pastaruosius dvejus metus sumažėjo maždaug du kartus) yra visiškai plokšti. Firma Hitachi patobulino 19” monitorių korpusus ir jie tapo beveik tokio paties ilgio kaip ir 17”. Štai palyginimui keleto monitorių matmenys:
1 lentelė. Monitorių matmenų palyginimas
Monitorius Sony CPD-E230 Hitachi CM625 Hitachi CM772 Samsung SyncMaster 1200NF Iiyama Master Pro 510
Įstrižainė, cm 17 colių 17 colių 19 colių 22 coliai 22 coliai
Aukštis, cm 40.2 40.4 44.7 50 49.3
Plotis, cm 42.1 43.2 44 51 49
Ilgis (gylis), cm 41.8 44.2 45 47.7 48.2

Kineskopo kaukę anksčiau stengtasi gaminti taip, kad kuo mažiau užstotų elektronų spindulį. “Trinitron” tipo kineskopo kaukė sudaryta iš vertikalių metalinių stygų ir dviejų vertikalių prilaikančių stygų – tai “Sony” patentuota technologija. Tos dvi skersinės stygos gan aiškiai pastebimos šviesiame fone. Tačiau tokia kaukės konstrukcija leidžia padidinti vaizdo šviesumą ir tos dvi sttygos yra nedidelis trūkumas. Konstrukcijos rimčiausias trūkumas – neatsparumas smūgiams. “LG” firma atsisakė skersinių stygų – vaizdas rodomas visiškai tolygus (technologija pavadinta “Flatron”). Tačiau kineskopų kaukės su apvaliomis skylutėmis leidžia sukurti tikslesnį vaizdą. Todėl ši pakankamai sena technologija sėkmingai naudojama ir šiandien. Firma “Hitachi” tvirtina, kad šios kaukės (ji pagaminta iš invaro su ypač mažu plėtimosi koeficientu, todėl kineskopo įšilimas turi mažą įtaką vaizdo kokybei) dėka jos monitoriai pranašesni už monitorius su vertikalių stygų kauke. Žemiau pavaizduoti technologijų skirtumai:
1) 2)
1 pav. Liuminoforų išdėstymas kineskopo pa

aviršiuje kai:
1) kaukė iš stygų, 2) kaukė su apvaliomis skylutėmis

“Hitachi” sumažino atstumus tarp liuminoforų horizontalia kryptimi ir padidino vertikalia kryptimi. Tam prireikė tikslesnio spindulių fokusavimo ir kreipimo sudėtingo valdymo:
1) 2)
2 pav. Atstumai tarp liuminoforų
1) daugumos šiuolaikinių monitorių 2) “Hitachi” monitorių

Taip pat šiuolaikinių monitorių elektronų patrankos išdėstytos vienoje plokštumoje. Tai padeda pagerinti fokusavimą vertikalia kryptimi, nes visi trys spinduliai atlenkiami vienodai. Bendrai paėmus visas firmas dauguma iš jų siekia geriausių tokių charakteristikų:
 fokusavimo kokybė visame ekrane;
 vaizdo taško (pixel) minimalus dydis;
 didelė raiška;
 didesnės maksimalios skleistinės;
 mažiausia kaina;
 šviesos atspindžių mažinimas;
 radiacinio spinduliavimo mažinimas;
 didesnis perdirbamų dalių kiekis.
Taip pat įdomu pastebėti, kad firmų naujausių prekių sąraše mažėja CRT monitorių ir visai išnykę 15” monitoriai (atkreipiu dėmesį – tarp naujausių, paskutinių produktų, pateikiamų rinkai). Taip yra dėl mažo kainų skirtumo tarp 15” ir 17“ kineskopų, naujų technologijų diegimo gamyboje – LCD (Liquid Crystal Display), PDP (Plasma Display Panel), televizorių, prie kurių galima prijungti kompiuterį, atsiradimo. Tačiau artimiausiu metu CRT neišnyks dėl šių priežasčių: didelės raiškos ir didelės įstrižainės monitoriai, palyginus su LCD ar kita nauja technologija, yra žymiai pigesni, o ir didelė raiška ne visuomet pasiekiama fiziškai kitų technologijų monitoriuose.

3. LCD displėjai – augantis susidomėjimas
LCD displėjų rinka – nešiojamieji kompiuteriai. O pastaruoju metu aktyviai skverbiasi į stalinių kompiuterių rinką dėl mažėjančių kainų.
Anksčiau LCD displėjai buvo labai inertiški, vaizdo kokybė gan prasta (pasyvios matricos DSTN kristalų di

isplėjai). Tačiau ši problema gan seniai išspręsta sukūrus aktyvią skystų kristalų matricą (TFT matrica). Aktyvios ir pasyvios matricos displėjuose naudojami dažniausiai tokie patys skystieji kristalai. Skirtumas yra tarp ląstelių valdymo – aktyvioje matricoje kiekvieną ląstelę valdo atskiras lauko tranzistorius. Žemiau parodyti principiniai skirtumai:

3 pav. Aktyvios ir pasyvios matricų valdymo elektrodų struktūra

Tuomet atsirado kita problema – LCD displėjuje matomas aiškus vaizdas gan siauru kampu, kuri taip pat jau išspręsta. 4 pav. parodyti tipiški gero matomumo kampai.

4 pav. Žiūrėjimo kampo didinimo tendencijos
Didesnis kampas gautas keičiant kristalo ląstelę valdančio elektrodo formą. 5 pav. iliustruoja firmų “Eizo” ir “Hitachi” sprendimo būdus:
5 pav. Kristalų valdymo elektrodų galimi variantai

Taigi, aukščiau aptarti LCD displėjų techniniai sprendimai leido pasiekti kokybiškesnį vaizdą negu CRT displėjai. Pagrindiniai firmų siekiai LCD displėjų gamyboje:
 didesnis šviesumas;
 didesnis kontrastas;
 kuo mažesnis vaizdo elementas (pixel);
 kuo didesnis displėjus (tai reikalinga nebūtinai PK displėjui);
 kuo mažesnė kaina, t.y., kuo pigesnė gamybos technologija.
Šiandien pigiausias LCD displėjus AJ15FP firmos “Acer” kainuoja 330 USD. Pačiu didžiausiu (LCD displėjumi) laikomas “Samsung” firmos 40” modelis. Jis buvo pagamintas 2001 07 ir demonstruotas spalio pabaigoje vykusioje parodoje “LCD/PDP International 2001”. Kol kas negaminamas pramoniniu būdu.Iki šiol riba buvo 30”. Didžiausios raiškos displėjus yra IBM firmos “Roentgen” – 2560×2048. Štai palyginimui kai kurių LCD displėjų pagrindinės charakteristikos:

Lyginamas parametras
Acer AJ15FP IO-Data LCD-AD17CS Iiyama AS4611UT IBM Roentgen Samsung SyncMaster
Įstrižainė, coliais 15 17 19 16 40
Maksimali raiška 1024х768 1280х1024 1280х1024 2560×2048 1280х768
Kontrastingumas 350:1 400:1 400:1 – 600:1
Šviesumas cd/m2 200 250 250 – 500
Matymo kampas horizontaliai 120o, vertikaliai 100o Horizontaliai 16

60o, vertikaliai 160 o horizontaliai 160o, vertikaliai 160 o – 170o (kryptis nenurodyta)
Reakcijos laikas – 40 ms 30 ms – –
Spalvų skaičius 16 mln. – 16 mln. – 16 mln.

Skystų kristalų visos panaudojimo galimybės displėjuose dar nėra ištirtos. Štai IBM kuria refleksinį LCD displėjų, kuriame taško spalva (!) ir šviesumas priklauso nuo LC pasisukimo kampo, taigi, nereikalingi spalvų filtrai. Kol kas tokio displėjaus mažas kontrastingumas, šviesumas ir spalvų grynumas. Firma “Canon” jau 1995 m. pagamino pirmąjį pasaulyje spalvotą (1991 – nespalvotą) fero-elektrinį skystų kristalų (FLCD) displėjų. Jame panaudoti LC yra bistabilūs – gali būti dviejose padėtyse; tai – ląstelės su atmintim. Toks displėjus vartoja ypač mažai energijos, nes kristalo ląstelė nekeičia šviesos pralaidumo, kol prie jos neprijungta valdanti įtampa. Valdanti matrica – pasyvi (nėra kiekvieną ląstelę valdančių tranzistorių). Mažas reakcijos laikas, platus stebėjimo kampas, didelis kontrastas – savybės, kuriomis pasižymi šie displėjai. Tačiau gamyba yra sudėtinga: LC turi dvi fiksuotas padėtis ir sunku pasukti į tarpinę, reikalingas didelis preciziškumas ir ypač švarios gamybinės patalpos. Tokias gamybos sąlygas sukurti brangu, todėl nėra daug firmų, kurios šiandien gamina fero-elektrinius LCD. Ši technologija buvo pritaikyta miniatiūrinių displėjų gamybai.
Kaip matome, skystų kristalų galimybės dar neišsemtos, tačiau rinka reikalauja pigių displėjų “čia ir dabar”, todėl gaminami jau gerai įsisavinti TFT LCD ir lygiagrečiai ieškoma pigesnių alternatyvų.

4. Plazma displėjuose
Plazminiai displėjai (PDP – Plasma Display Panel) sukurti Japonijoje firmos “Fujitsu”. Lyderiais šiandien yra “Fujitsu” ir “Nec”.
Plazminis displėjus pripildytas inertinių dujų ir iš vidaus liuminoforu padengtos ląstelės. Kiekvienas vaizdo taškas iš sudarytas iš trijų taškų, atitinkančių tris spalvas – raudoną, žalią ir mėlyną. Plazminiuose ekranuose skaitmeniniu būdu valdoma srovė tekėdama tam tikromis matricos vietomis priverčia plazmą spinduliuoti ultravioletinius spindulius. Spinduliai žadina raudoną, žalią arba mėlyną šviesą skleidžiantį liuminoforą. Tokie ekranai yra ekonomiški, kadangi nereikia papildomo šviesos šaltinio. Žadinimo įtampa būna tiek kintama, tiek nuolatinė.

6 pav. PDP struktūros fragmentas

Palyginus su CRT displėjais PDP yra kontrastingesni, daug kartų plonesni, didesni, ekonomiškesni, lengvesni. Matymo kampas tiek horizontalia, tiek vertikalia kryptimis – 160o. Kainos – nuo 5300 USD. Brangu gaminti didelių matmenų stiklinę sudėtingą plokštę, kuri dengiama liuminoforais (žr. 6 pav.). Dideli PDP kainuoja pigiau negu to paties dydžio LCD. O mažų PDP tiesiog negamina. Naujausių PDP taško dydis – 0,8 mm. Šis matmuo – ne tiesioginė priežastis, kad negaminami maži PDP. Mažo PDP būtų maža raiška ir grūdėtas vaizdas.

5. Kitos technologijos
Jau bandoma gaminti alternatyvas LCD monitoriams. Siekiama sukurti dar pigesnį displėjų negu LCD, bet nenusileidžiantį kokybe.
“Cambridge Display Technology” firma sukūrė šviesą spinduliuojantį polimerą, kurio veikimas panašus į paprastų diodų. Jis taip ir pavadintas – LEP, Light Emitting Polymer. Savybės: lengvas apdorojimas, galimybė padengti didelius plotus, galima gaminti ant lanksčių paviršių, nereikia apšvietimo iš galo, nereikia poliarizatorių ir spalvų filtrų, 180o matymo kampas, didelis kontrastas, didelės raiškos galimybė, maitinamas pastovia, žema, įtampa, ekonomiški (suvartoja mažiau energijos už LCD), ypač ploni, neinertiški. Kol kas pagaminti tik maži, tinkantys mobiliesiems telefonams ir GPRS tipo prietaisams prototipai. Tačiau ketinama jau kitais metais pradėti masinę gamybą ir sukurti displėjų, tinkantį kompiuteriui. IBM sukūrė laikrodį, kuriame įdiegta Linux operacinė sistema. Laikrodis turi grafinį miniatiūrinį LEPdisplėjų su tokiais parametrais: dydis – 22 mm x 16.45 mm, raiška – VGA 640 x 480 monochrome with a pixel pitch of 34.3 microns, 741 dpi, šviesumas – iki 500 cd/m2.
“Samsung” pagamino fluorescentinio displėjaus 15” prototipą, tačiau masinę gamybą ruošiasi pradėti tik 2004 m. Fluorescentiniuose displėjuose naudojamas cinko sulfatas ar kitos medžiagos, kurios švyti, kai prie jų prijungiama įtampa. Elektroliuminescencinė pudra buvo žinoma jau 1937 metais, bet praktiškai nebuvo naudojama iki 1981 metų. Dabar naudojamas plonaplėvelinis fosforas, kuris spinduliuoja šviesą priklausomai nuo elektrinio lauko stiprumo.
Trečias LCD konkurentas – šaltųjų katodų displėjus FED (Field Emission Display). FED ekranas sudarytas iš dviejų stiklo plokščių, vadinamų katodo pagrindu ir anodo pagrindu. Šiuos pagrindus skiria tarpikliai (spacers), kurie vartotojui nepastebimi. Tarpas tarp stiklo plokščių yra apie 0,2 mm ir jame yra sudarytas vakuumas. Visas tokios konstrukcijos storis yra apie 2 mm. Ekranui maitinti pakanka kelių dešimčių voltų įtampos.
Daugybė konuso formos adatinių katodų (paprastai keli šimtai ar virš tūkstančio) sudaro vieną vaizdo tašką. Kai vakuume ties metalo paviršiumi sukuriamas stiprus elektrinis laukas (109 V/m eilės), dėl tunelinio efekto elektronai emituojami net prie normalios temperatūros. Šis efektas yra vadinamas lauko emisija (Field Emission). Mūsų pavyzdyje tinklelis (gate electrode) turi daugybę skylių, kurių diametras apie 1 µm. Kai tarp tinklelio ir katodo (cathode electrode) pridedama įtampa, konusinių katodų (emitter) aplinkoje sukuriamas stiprus elektrinis laukas.

7 pav. FED sandara ir veikimas

Šaltųjų katodų ekranai yra pigesni už TFT skystųjų kristalų ekranus, pasižymi visomis gerosiomis jų savybėmis ir naudoja mažiau elektros energijos (jiems nereikia papildomo šviesos šaltinio), turi platesnį matymo kampą (iki 180 laipsnių), nes šviesą skleidžia ekrano paviršius. Kadangi po kiekvienu anodu yra daug katodų, atskirų katodų gedimai beveik neturi įtakos vaizdo kokybei.

Kol kas šie displėjai gan nedideli ir vis sprendžiama gabaritų didinimo problema. “PixTech” šiemet pagamino 480 x 234 raiškos 7” FED.
Kompanija “E Ink” sukūrė “elektroninį” rašalą, kuris spausdinamas tiesiai ant valdančių elektrodų. Valdomi vaizdo elementai išlaiko įgytą spalvą, kai nėra valdančios įtampos.

8 pav. Spalvos kitimas priklausomai nuo valdančios įtampos

“Canon” tiria galimybes gaminti skystų kristalų lanksčius displėjus. Veikimas panašus į “E Ink” gaminio, tik “Canon” displėjuje spalvą keičiančios dalelės juda horizontaliai sutankėdamos (balta spalva) ar išsisklaidydamos. Pagamintas nedidelių matmenų prototipas.
Nemažai kompanijų domisi amorfinio silicio, nusodinto šaltu būdu, panaudojimu. Polikristalinio silicio žemos temperatūros tranzistorių LCD “Hitachi” ruošiasi pardavinėti nuo kitų metų. Jų žemesnė kaina lyginant su TFT LCD.
Naujausių technologijų displėjai paprastai labai maži. Imkim kad ir minėtą IBM laikrodį. Arba štai “Kopin” miniatiūrinis displėjus, jo matmenys monetos dydžio. Tokio dydžio displėjai gali būti dėvimi kaip akiniai ir pakeisti įprastus displėjus, toks PK displėjaus variantas nepatogus tuo, kad vaizdą mato tik vienas žmogus.

6. Išvados
CRT monitorių technologija jau sena, bet pigi. Didžiausi trūkumai – spinduliavimas, dideli gabaritai ir masė.
O skystų kristalų šiuolaikiniai displėjai neturi senųjų LCD trūkumų – didelio inertiškumo bei mažo matymo kampo ir kokybe lenkia CRT monitorius. Tačiau LCD turi porą trūkumų – vis dar nemaža kaina bei, palyginus su CRT monitoriais, vaizdo elementų skaičius nėra didelis. Tačiau jau gali sėkmingai konkuruoti su CRT monitoriais.
Plazminiai displėjai puikiai tinka įvairioms prezentacijoms. Jie labai didelės įstrižainės, todėl labai brangūs. Kaip PK mažas displėjus kol kas negali būti naudojamas, nes labai stambūs (~1×1 mm) vaizdo elementai (pixels). Šiuo metu labiau tinka televizorių gamybai ir kaip namų kino teatro pagrindas.
Kitos technologijos susiduria su matmenų didinimo problema, atsirandančia dėl techninių galimybių stygiaus (Vacuum Fluorescent Display) bei dėl didelės ir nekonkurencingos gamybos kainos (Ferro LCD). Šiuo metu pakankamai daug naujausių technologijų, kurios tinka mažų displėjų gamybai. Jie aprūpins mobiliųjų telefonų, GPRS įrenginių, laikrodžių ir kitų mažaekranių prietaisų rinką. Kol kas naujausios mažaekranės technologijos nekonkurencingos.
Realiausias šiandienos displėjų lyderis – TFT LCD displėjai, nes aktyvios matricos technologija gerai įsisavinta, o “šalto” silicio nusodinimo technologija leis dar atpiginti TFT LCD.

7. Literatūra
1. http://www.uvs.lt/karpis/lcd.htm
2. http://www.hitachidisplays.com/how_monitors/
3. http://www.noritake-elec.com/new2.htm
4. http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/files/textbook.htm
5. http://samsungelectronics.com/monitor/tech_info/index.html
6. http://www.sharp.co.jp/sc/library/lcd_e/indexe.htm
7. http://www.kopin.com/html/cyberdisplay.html#Technology
8. www.sarnoff.com
9. http://www.atip.or.jp/fpd/samples/flcd/flcd.htm
10. http://www.trl.ibm.com/projects/reflcd/ref_expe.htm
11. http://www.research.ibm.com/roentgen

Leave a Comment