Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Розділ 7. Пристрої виведення інформації






Інформаційний зв’язок між користувачем і комп’ютером забезпечує найчастіше монітор і принтер. У перших комп’ютерів практично не було засобів індикації. Користувач мав у своєму розпорядженні набір ламп, які могли світитися, або роздруківку результатів роботи на принтері. Все змінилося з появою моніторів. Монітор (дисплей) – це пристрій для перетворення цифрової і (або) аналогової інформації у відеозображення. Спорідненим пристроєм монітора є проектор – оптико-механічний, або оптико-цифровий прилад, який за допомогою джерела світла проектує зображення об’єктів на екран.

Перші монітори були дуже примітивні, текст у них відображався тільки в одному, зеленому кольорі. Все ж їх поява стала важливим технологічним проривом, оскільки дала можливість вводити і виводити дані в пам’ять комп’ютера в режимі реального часу. Пізніше з’явились кольорові монітори, збільшився розмір екрану, виникли різноманітні технології їх виготовлення. Технічні характеристики сучасних моніторів можуть задовольнити найвибагливішого користувача.

Серед великої кількості технічних параметрів моніторів, мабуть, найголовнішим є роздільна здатність монітора. Це лінійний розмір мінімальної деталі, яку можна розрізнити на екрані. Даний параметр характеризується кількістю елементів розкладу – пікселів (pixel) – по горизонталі і вертикалі екрана. Чім більша кількість пікселів, тим більш детальне зображення формується на екрані.

Розглянемо ж основні технології виготовлення сучасних моніторів, а також їх принцип дії, особливості, переваги і недоліки.

1.1. Електронно-променевий монітор, кінескоп (CRT - Cathode Ray Tube, ЕПТ – електронно-променева трубка). Принцип роботи цього монітора базується на технології емісії електронів. Отримуючи сигнал від керуючих систем комп’ютера (див. рис. 7.1), монітор своєю електронно-променевою гарматою П випускає потік електронів з катода К через отвір в аноді А на екран Е, який складається з „тіньової маски” (для кольорових моніторів) і скляної пластини з люмінесцентним покриттям (люмінофор) Л. На екрані створюється зображення. Керує потоком електронів відхиляюча система С1 і С2, яка за допомогою електромагнітного поля змінює напрямок руху потоку електронів. Цей потік, проходячи через тіньову маску, попадає на люмінофор. Люмінофор – речовина, атоми якої випромінюють світлові промені видимого діапазону при бомбардуванні його зарядженими частинками.

Рис. 7.1. Електронно-променевий монітор.

 

Отже, ЕПТ мають наступні основні елементи:

1. Електронна гармата (для чорно-білих моніторів – одна, для кольорових – три);

2. Відхиляюча система, тобто набір електронних „лінз” для формування пучка електронів;

3. тіньова маска, яка забезпечує точне попадання електронів від певної гармати в необхідну точку екрану;

4. Шар люмінофору, який формує зображення при попаданні електронів на екран.

В свою чергу електронна гармата складається із підігрівача, катода, що емітує потік електронів, і модулятора, що прискорює і фокусує пучок електронів.

Переваги: висока швидкодія оновлення зображення.

Недоліки: високе енергоспоживання і тепловиділення, складність отримання „ідеальної” геометрії картинки.

До недавнього часу CRT були найпоширенішими серед моніторів. Зараз їх майже витіснили рідкокристалічні монітори, крім сфери дизайну і поліграфії, де вони здали ще не всі позиції.

У кольорових CRT основним елементом є три ЕПТ, які формують зображення, кожна з яких відповідає за одну із складових кольору – червону, синю, або зелену (див. рис. 7.2).

Рис. 7.2. Кольоровий електронно-променевий монітор.

Переваги: можливість якісної передачі кольору, висока роздільна здатність, достатня контрастність.

Недоліки: велика вага, складність монтажу і настроювання.

1.2. Монітори електростатичної емісії (англ.: FED - Field Emission Display – дисплей на основі ефекту польової емісії електронів, з люмінофором). Технологія FED подібна до CRT, тому що в обох випадках застосовується люмінофор. Відмінність лише у тому, що у FED-екранах не застосовуються електронні гармати. У них використовується велика кількість маленьких джерел електронів, розміщених за кожним елементом екрану. Кожне джерело електронів керується окремим електронним пристроєм і кожний піксел може світитися завдяки дії електронів на люмінофор.

Один із варіантів FED – технологіяSED (англ.: Surface-conduction Emission Display – дисплей з люмінофором на основі ефекту емісії електронів з поверхневою провідністю).

В основу технології SED покладено дві базові ідеї:

1. Замість трьох катодів CRT для трьох кольорів використовується індивідуальний катод для кожного субпіксела. При цьому непотрібна схема розгортки – найбільш енергоспоживаючий вузол CRT - монітора;

2. Замість теплової емісії електронів використовується емісія за рахунок тунельного ефекту.

Джерелом електронів в SED - панелі на відміну від ЕПТ є плоскі мікроскопічні точки оксиду паладію, нанесені на електродну матрицю на задній скляній стінці (див. рис. 7.3).

Рис. 7.3. SED - монітор.

Дисплей утворюють дві скляні панелі, між якими знаходиться вакуум. На переднє скло нанесені розділені між собою точки люмінофора трьох основних кольорів. Невелика керуюча постійна напруга прикладається між половинками електронного емітера, відстань між якими складає 4-6 нанометрів. Внаслідок тунельного ефекту відбувається емісія електронів з емітера. Прискорююча напруга забезпечує попадання електронів на люмінофор. Принцип роботи піксела SED - панелі показаний на рис. 7.4, а субпіксела – на рис. 7.5.

Рис. 7.4. Принцип роботи піксела SED - панелі.

Рис. 7.5. Принцип роботи субпіксела SED - панелі.

Переваги: невисоке енергоспоживання, висока контрастність, широкий кут спостереження, висока швидкодія, хороша передача кольору.

1.3. Вуглецеві нанотрубки (англ.: CNT - Carbon NanoTubes (CNT-FED), ВНТ).

Принцип дії: в якості катодів використовуються вуглецеві нанотрубки. Відомо, що вони є ефективними джерелами холодної польової емісії електронів. На рис. 7.6 показана принципова схема монітора з катодом на основі ВНТ і аноду з люмінофором на основі оксиду цинку. Міжелектродна відстань складає біля 0, 6мм. Під дією прикладеної напруги з кінців ВНТ випускаються електрони, які рухаються в напрямку люмінофора і викликають свічення піксела. Отримане таким чином зерно зображення може бути дуже малим – порядку 1мкм. При напрузі 1, 7кВ струм емісії складає 10мА.

Рис. 7.6. Монітор на основі нанотрубок.

Переваги: можливість розміщувати нанотрубки безпосередньо на основі при контрольованих відстанях, розмірах і довжині гарантує високу якість зображення при оптимальному рівні емісії електронів, малий час відгуку, широкий кут спостереження, високоякісна передача кольору, довгий час життя дисплеїв.

1.4. Електролюмінісцентні екрани (англ.: EL - ElectroLuminescent).

Принцип дії EL - панелей базується на прикладенні електричного поля до багатошарової структури з двох електродів (напівпрозорого і алюмінієвого), двох шарів діелектрика, між якими знаходиться порошковий люмінофор (ZnS: Mn). На такий конденсатор подається змінна напруга звукової частоти, близька до напруги пробою. На краю часточок люмінофора під дією змінної напруги концентрується сильне електричне поле, яке прискорює вільні електрони, здатні іонізувати атоми. Утворені дірки захоплюються центрами люмінесценції, на яких при зміні напрямку поля рекомбінують електрони. Цей процес супроводжується випромінюванням світла. Принципова схема EL - панелі показана на рис. 7.7.

Рис. 7.7. Будова EL - панелі.

Переваги: хороша роздільна здатність, контрастність, великі кути спостереження (більше 160 градусів), невисоке енергоспоживання, малий час відгуку пікселів (1мс).

Недоліки: кольори не такі чисті як у РК - моніторів, зображення на яскравому світлі тускніє.

2. Плазмові монітори (англ.: PDP - Plasma Display Panel, ПМ)

Принцип дії PDP - монітора базується на свіченні люмінофора під дією ультрафіолетового випромінювання, яке виникає після плазмового розряду. Кожний субпіксел PDP - панелі є флюоресцентною мініампулою (200мкм х 200мкм х 100мкм), яка може випромінювати світло тільки однієї довжини хвилі (див. рис. 7.8). Це забезпечується покриттям поверхонь ламп трьома видами люмінофора. На таку лампу з інертним газом (ксеноном або неоном), що знаходиться між прозорими хромо-мідними електродами, подається висока напруга, яка викликає плазмовий розряд. Відбувається розпад інертного газу на позитивнозаряджені іони і електрони, які під дією прикладеної напруги рухаються до катода і анода відповідно. При своєму русі електрони збуджують нейтральні атоми газу, що, в свою чергу, приводить до випромінюваннями ними хвиль ультрафіолетового діапазону. Ультрафіолетове випромінювання, попадаючи на основу піксела, покриту люмінофором, викликає свічення останнього у видимому діапазоні хвиль. Поверхня кожного піксела покрита своїм люмінофором для отримання світла певного кольору. Величиною керуючої напруги регулюється яскравість свічення піксела. Принципова схема PDP - екрана представлена на рис. 7.9.

Рис. 7.8. Будова субпіксела плазмової панелі.

Рис. 7.9. Принципова схема PDP - екрана.

Переваги: широкі кути спостереження, висока яскравість і контрастність, мала товщина.

Недоліки: велике енергоспоживання, відносно великий розмір піксела не дає можливості добитись високої роздільної здатності, великі вимоги до якості матеріалів.

3.1. Рідкокристалічні монітори (англ.: LCD - Liquid Crystal Display, РК).

Головним елементом РК - технології є молекули цианофенілу – речовини, яка знаходиться в рідкому стані, але має деякі властивості кристалічних тіл. Зокрема вона має властивість поляризувати світло.

LСD - екран має декілька шарів, серед яких важливу роль відіграють дві панелі, виготовлені з вільного від натрію і дуже чистого скляного матеріалу (називають субстратом або основою), між якими власне і знаходиться тонкий шар рідких кристалів (див. рис. 7.10). На панелях підложки є борозни, які направляють молекули рідкого кристалу, надаючи їм певної орієнтації. Борозни двох панелей основи перпендикулярні між собою. Неполяризоване світло від неонової лампи підсвічення заднього (або бокового) освітлення, проходячи через поляризатор (плівку) потрапляє на перше скло основи поляризованим. За відсутності напруги між двома прозорими електродами (знаходяться на поверхнях пластин субпіксела) рідкі кристали повертають площину поляризації світла на 90 градусів, внаслідок чого воно проходить через скло другої основи, кольоровий фільтр і вихідний поляризаційний фільтр не послаблюючись. Подача напруги між електродами приводить до повороту осей РК і зменшення інтенсивності вихідного світла.

Рис. 7.10. Будова LСD – екрана.

 

Отже, напруга, в залежності від величини, може змінювати орієнтацію головних осей РК - молекул, регулюючи інтенсивність світла на виході з другого поляризатора завдяки повороту площини поляризації світла. Регулювання електричної напруги між електродами субпіксела здійснює управляючий транзистор, найчастіше це – тонкоплівковий польовий транзистор TFT (англ.: Thin Film Transistor), на базі напівкристалічного кремнію.

Переваги: мале енергоспоживання, малі маса і товщина.

Недоліки: не дуже великий кут спостереження, великий час відгуку, низька контрастність.

Порівняльні характеристики LCD, PDP і CRT представлені в табл. 1.

 

Таблиця 1.

Параметр РК (LCD) Плазма (PDP) Кінескоп (CRT)
Принцип роботи Управління світлом лампи підсвічування, яке проходить через шар рідких кристалів за рахунок зміни ними площини поляризації Свічення люмінофора екрану під дією ультрафіолетових променів при розряді в плазмі Свічення люмінофора екрану під дією електронного променя, який формується електронною гарматою
Ресурс роботи 60000 год. – лампа підсвічування; 250000 год. – робота екрану 25000 год. 25000 год.
Яскравість 170 до 500 cd/m2 (кандела/м2) 300 до 1000 cd/m2 80 до 300 cd/m2
Контрастність 150: 1 до 600: 1 200: 1 до 3000: 1 350: 1 до 750: 1
Кут огляду Від 10° до 170° Близький до 180° Близький до 180°
Час реакції пікселя Від 15 до 50мс не помітно оку не помітно оку
Дефекти екрану допускаються допускаються ні
Якість фокусування ідеальна ідеальна від задовільного до дуже доброго
Геометричні викривлення ні ні можливі
Можливі роздільні здатності встановлені встановлені різні
Однорідність свічення незначно яскравіше по краям рівномірне незначно яскравіше в центрі
Вплив магнітних полів ні ні Так
Температура корпусу під час роботи незначна висока середня
Потужність, яка використовується мала висока середня
Ціна для великих розмірів екрану найбільша висока, але менша РК дешевша РК та плазми
Вага та габарити менші плазми та кінескопа більші РК та менші кінескопа найбільші

Як варіант РК - монітора використовують LCD - проектори, які використовують LCD - матриці на просвітлення, як плівку в кіноапараті іLCOS - проектори, що використовують LCD - матриці на непрозорій кремнієвій основі на відбиття світла.

4.1. Світлодіодні екрани (англ.: LED - Light Emitted Diod).

Принцип дії: LED - екран є матрицею пікселів, зібраних із трьох напівпровідникових світлодіодів, що формують три світлових потоки (червоний, зелений, синій). Як правило, кристали світлодіодів знаходяться в одному корпусі з лінзою, яка фокусує світловий потік.

Переваги: низьке і ефективне енергоспоживання, механічна міцність, надійність, широкий кут спостереження (до 160 градусів), висока швидкодія, волого - і пилостійкість.

4.2. Дисплеї на органічних світлодіодах (англ.: OLED - Organic Light Emitting Diode/Organic Light Emitting Display).

Принцип роботи базується на властивостях світловипромінюючих полімерів, що складаються з декількох шарів наноплівок. Основою для провідних електролюмінісцентних полімерів цих матеріалів є високомолекулярні з’єднання з молекулами, в яких чергуються подвійні зв’язки. Для звільнення електронів застосовуються різноманітні суміші, що створюють можливість переміщення електронів і дірок вздовж молекулярного ланцюга. Такі матеріали мають всі властивості неорганічних напівпровідників, тобто утворювати р-п перехід і, за певних умов, випромінювати світло. Перевагою над неорганічними напівпровідниками технології OLED є можливість в широких межах змінювати спектр випромінювання (колір видимого світла) шляхом зміни структури органічних молекул.

OLED - екран – це матриця трикоміркових пікселів. В залежності від того, який колір потрібно отримати, регулюється напруга на кожному із субпікселів, і в результаті змішування кольорів отримується необхідний колір.

Структура OLED - екрана багатошарова (див. рис. 7.11). Позаду панелі знаходиться металевий катод, попереду – анод (сітка із прозорого провідного матеріалу індій-оксид олова – ІТО). Між ними знаходиться декілька органічних шарів світлодіода. Один шар - р-типу (див. рис. 7.12), другий є напівпровідниковим каналом дірок, у третьому відбувається заміщення дірок електронами, яке в даних полімерах супроводжується світловим випромінюваннях, четвертий є напівпровідниковим каналом електронів, п’ятий – n-типу. Катод виготовлений з тонкого металевого сплаву з малою роботою виходу (алюміній покритий фторидом літію).

Рис. 7.11. Будова OLED - екрана.

 

Управління OLED - матрицею відбувається аналогічно LCD - матриці за допомогою TFT - транзистора.

В якості підложки можна використовувати гнучкий прозорий пластик, що дозволяє створювати гнучкі екрани. При створенні OLED - екранів застосовуються два види органічних з’єднань: макромолекули і полімери. Першими з’явились OLED - дисплеї на основі макромолекул, проте технологія виготовлення була занадто дорога (застосовувалось вакуумне напилювання).

Перші полімерні дисплеї були створені в 1989 році на основі синтезованого полімера - поліфеніленвінілена. Дисплеї цього типу можуть бути отримані шляхом нанесення полімерного матеріалу на основу спеціальним струменевим принтером. Основа може бути гнучкою з радіусом вигину 1 см і менше.

Рис. 7.12. Структура OLED - екрана.

Переваги: низьке енергоспоживання, не потрібне додаткове підсвічення екрану, висока контрастність і частота регенерації зображення, великі кути спостереження, малий час відгуку, робоча напруга – всього декілька вольт, малі маса і товщина, можливість створення гнучких екранів, невисока вартість при масовому виробництві.

5. Мікроелектромеханічні системи (англ.: MEMS Micro Electromechanical System).

5.1. Мікродзеркальний проектор (англ.: DLP - Digital Light Processing – цифрова обробка світла)

Основою даних відеопроекторів є DMD - матриця (англ. Digital Micromirror Device), яка складається з мікродзеркал, послідовно освітлюється трьома основними кольорами і працює на відбивання світла. DMD - матриця – це кремнієва пластина, розміром біля 1 см2, з розміщеними на поверхні елементами для відбивання світла. Кожен такий елемент (алюмінієве дзеркало розміром приблизно 10 мкм2) під управлінням електронної схеми може займати два фіксованих положення. В одному – світло направляється на екран для створення зображення, в іншому – на світлопоглинач. Дзеркало знаходиться на відносно масивній основі, яка, в свою чергу, знаходиться на гнучкій, натягнутій між опорами, смужці-підвісу. В двох інших кутах основи (не зайнятих опорами) знаходяться електроди, які за рахунок кулонівських сил можуть притягувати один із країв дзеркала, нахиляючи його на кут до 12 градусів (див. рис. 7.13).

Рис. 7.13. DMD – матриця проектора.

 

Положення дзеркал відповідає темному і світлому пікселям. На рис. 7.14 показано положення одного дзеркала в „темному”, а іншого в „світлому” станах. Щоб добавити відтінки сірого кольору, дзеркала примушують коливатись з різними частотами. Це дозволяє досягти 1024 градації сірого.

Рис. 7.14. Коливання мікродзеркал проектора.

 

Для забезпечення кольорового зображення на DMD - матрицю направляється біле світло через колесо кольорових світлофільтрів, яке обертається (див. рис. 7.15).

Рис. 7.15. Схема створення зображення проектором.

Переваги: компактність, якісне відтворення чорних відтінків.

Недоліки: мала насиченість кольорового зображення.

5.2. Як модифікація цієї технології існує технологіяTMA (англ.: Thin film Micromirror Array – масив тонкоплівкових мікродзеркал).У ній відхилення дзеркал здійснюється не електростатичним, а п’єзоелектричним способом.

5.3. GLV - технологія (англ.: Grating Light Valve – мікромеханічна фазова решітка).

Головним елементом оптичного шляху GLV - технології є кремнієвий чіп, з закріпленими на ньому паралельними стрічками з нітриду кремнію, які покриті світловідбиваючим шаром алюмінію. Кожна стрічка має довжину 100мм, ширину – 3мм і товщину 3фм. Стрічки знаходяться над чіпом на висоті 650нм. У вимкненому стані всі стрічки одного чіпа знаходяться в одній площині, утворюючи одну суцільну дзеркальну поверхню. Вони відбивають направлений на них плоский пучок когерентного світла на екран у вигляді однієї білої смужки. Отримуючи заряд від керуючого пристрою стрічки з парними номерами деформуються і притягуються до протилежно зарядженої основи, а стрічки з непарними номерами не деформуються, оскільки електрично зв’язані з основою (див. рис. 7.16). При деформації парних стрічок на чверть довжини хвилі, відбите від поверхонь когерентне випромінювання буде зазнавати інтерференції, причому буде виконуватись умова мінімуму для інтерференції у відбитому світлі. На екрані буде спостерігатись темна смужка. На рис. 7.17 показаний чіп, який формує один темний піксел. Вибіркове керування зарядами стрічок дає можливість встановлювати бажану яскравість кожного окремого піксела.

Рис. 7.16. Мікромеханічна фазова решітка. Рис. 7.17. Чіп GLV – технології.

Переваги: довговічність, висока швидкість, відсутність зернистості зображення.

5.4. Технологія IMOD (англ.: Reflective Interferometric Modulation – відбиваючий інтерференційної модулятор)

Кожний піксел IMOD - матриці є інтерференційним модулятором. Він складається з двох елементів: напівпрозорої плівки на скляній основі і розміщеній під нею відбиваючої мембрани, яка може знаходитись в двох станах: відкритому і закритому. В вимкненому стані мембрана повністю закриває піксел, притискуючись до плівки. При подачі напруги мембрана зміщується на задану відстань від основи і між плівкою і мембраною утворюється невеликий прошарок повітря. Світло, відбите від мембрани проходить назад через плівку, інтерферуючи з падаючим. Змінюючи товщину повітряного прошарку можна сформувати будь-який колір піксела. Чорний колір формується при закритому стані елемента (див. Рис. 7.18).

Рис. 7.18. Піксел IMOD – матриці.

Переваги: довговічність, мале енергоспоживання, висока швидкість, відсутність зернистості зображення.

6.1. Електронний папір (електронне чорнило, electronic ink display, EID) на відміну від моніторів не випромінює світло, а формує зображення у відбитому світлі (так само як в друкованих виданнях). Вперше таку технологію (технологія E-Ink) було застосовано в 1997 році в Масачусетському технологічному інституті. Головним елементом електронного паперу є мікрокапсули розміром до 0, 1мм, в яких знаходиться деяка кількість частинок пігменту двох кольорів (див. рис. 7.19). Білі частинки (двоокис титану) заряджені позитивно, а чорні (фарба) – негативно. Частинки пігменту вільно плавають в рідині. Такі мікрогранули знаходяться між двома електродами, прозорим верхнім і непрозорим нижнім. При прикладенні до електродів відповідного потенціалу, одні частинки пігменту можуть підніматись всередині мікрокапсули, а інші опускатись і навпаки. Керуючи зміною полярності можна формувати написи і малюнки чорного кольору на поверхні електронного паперу. Завдяки силам міжмолекулярної взаємодії, а також силам електростатичного притягання і відштовхування часточки суспензії не можуть змінити своє положення в мікрокапсулах. Це значить, що сформовані на поверхні паперу зображення зберігаються і при відсутності електроживлення.

Переваги:

· Велика стабільність частинок пігменту в мікрокапсулах (зображення може зберігатись декілька тижнів).

· Звідси, мале споживання електроенергії;

· Мала вага;

· Мала товщина (частини міліметра);

· Велика ударостійкість;

· Гнучкість (в робочому стані може бути скрученим в трубку діаметром до 1, 5 см без втрати якості зображення);

· Кут огляду близький до 180 градусів;

· Довговічність;

· При масовому виробництві – дешевизна.

Недоліки:

· Інерційність (біля 250мс, що відповідає зміні приблизно 4 кадрів в секунду);

· Неможливість відобразити велику кількість відтінків сірого кольору (до восьми).

· Якщо використовувати EID в якості дисплея, то його яскравість, контраст і світлопередача сильно залежить від умов зовнішнього освітлення (як і у звичайного паперу).

Рис. 7.19. Піксели електронного паперу.

Рис. 7.20. Зображення на електронному папері.

6.2. Як різновид технології E-Ink можна виділити технологію Gyricon розроблену ще 1970 роках Н. Шеридоном (США). Сторінкою „паперу” Gyricon є прозорий лист запаяного зі всіх сторін пластика з масивом декількох мільйонів кулястих порожнин всередині. Кожна порожнина заповнена рідиною з консистенцією рідкого масла, в якій вільно плаває на відміну від технології E-Ink лише одна двокольорова кулька діаметром від 20 до 100мкм. Одна сторона кульки темна, інша – світла (колір не важливий, головне – досягти контрастності) (див. рис. 7.21). Кожна із половинок кулі заряджена різнополярним зарядом. Керуючи потенціалами на електродах, кульку можна повернути до поверхні екрана світлою, або темною стороною і сформувати контрастну картинку (див. рис. 7.22).

 

Рис. 7.21. Кулька зображення в технології Gyricon.

Рис. 7.22. Формування зображення за допомогою технології Gyricon.

6.3. Ще одна технологія електронного паперу – технологія електрозмочування (electrowetting) Інша назва – технологія HEOS. Вона з’явилася в 2003 році. Ефект „електричного змочування” базується на керуванні краплиною масляної фарби, яка знаходиться в мікрокапсулі, заповненій водою (див. рис. 7.23). Кожна з мікрокапсул є одним пікселем електронного паперу. В звичайних умовах краплина масла розтікається по всій поверхні комірки, утворюючи під дією сил поверхневого натягу плівку на воді. Якщо створити між електродами електричне поле достатньої величини, масло почне збиратись в краплину, звільняючи при цьому більшу частину поверхні. Основа-електрод виготовляється з водовідштовхуючого матеріалу, так що масло прилипає до неї, а після зникнення напруги, знову розтікається по поверхні. Мікрокапсули розділені перегородками товщиною біля 5мкм, а зверху вся конструкція герметично закрита шаром скла з напиленим другим електродом. (поки що це одна з причин жорсткості дисплея).

Малий розмір піксела дозволяє отримати високі контрастність і яскравість елементів, які перемикаються. Час перемикання між білим і кольоровим пікселами (швидкодія) становить приблизно 12мс, тому такий „папір” можна застосовувати для відеозображень. Товщина і енергоспоживання таких дисплеїв також невеликі і, таким чином, технологія електрозмочування дозволяє створювати повноцінні дисплеї високої яскравості (за словами розробників, більшої в чотири рази ніж у РК - дисплеїв відбивального типу і в два рази – ніж у нових дисплеїв).

Існує декілька модифікацій реалізації мікрокапсули. Одна з них зображена на рис. 7.23 – з підсвіченою прозорою основою.

Рис. 7.23. Електронний папір на основі технології HEOS.

 

Такі дисплеї використовуються в mp-3 плеєрах, телефонах, DVD-плеєрах, GPS - приймачах та інших подібних пристроях.

6.4. Електронний папір на основі нанотехнологій. Ця технологія запропонована ірландською компанією Ntera, яка представляє свій продукт NanoChromics Display (NCD). Зображення, яке формується на дисплеї, подібне на малюнок чорнилом на папері. Кут огляду для даного екрану складає 180 градусів, а швидкість відгуку може забезпечити частоту 60 кадрів за секунду. Енергоживлення NCD - екрана складає лише 10% від живлення РК - дисплея такого ж розміру. Робоча напруга NCD не перевищує 1В.

Для відображення висококонтрастної картинки на дисплеї використовують властивість електрохромних провідних полімерних з’єднань змінювати свої оптичні характеристики (в тому числі і колір) при зміні рівня окислення. Якщо цей рівень регулюється потенціалом електрода, на який нанесений цей полімер, то оптичними характеристиками полімеру можна керувати за допомогою електричного сигналу (електрохромний ефект). В NCD - екранах на тонкий шар наночастинок діоксиду титану (хімічного з’єднання, яке надає білого кольору паперу) наноситься прозорий полімер – віологен з нанопористою структурою, який при зміні прикладеної до нього потенціалу може втрачати прозорість, досягаючи при цьому рівня насиченого чорного кольору. Простір між діоксидом титану і віологеном заповнений спеціальним електролітом.

Принцип роботи дисплея NanoChromics представлений на рис. 7.24.

Рис. 6.24. Принцип роботи NCD - екрана.

 

Екран складається із декількох шарів, два із яких формують зображення: зовнішній – із наночастинок діоксиду титану і електрохромного шару віологену. При відсутності потенціалу між прозорими електродами екран виглядає абсолютно білим, оскільки світло відбивається від наночастинок діоксиду титану. При подачі напруги на електроди віологен зміщується ближче до діоксиду тітану, адсорбується ним і зафарбовується в близький до чорного колір. Це дає можливість змінювати колір екрану.

На даний час випускаються тільки монохромні дисплеї, але ведуться інтенсивні роботи по створенню кольорових дисплеїв. Ще однією перевагою даної технології є незалежність від температури. Пристрої можуть ефективно працювати в температурному діапазоні від -35 до +80 градусів за Цельсієм.

6.5. Електрофлюїдна технологія (англ.: ElectroFluidic Display, EFD).

Для формування зображення в ній використовуються мініконтейнери з електрочутливою водною дисперсією кольорового пігменту. При прикладенні напруги між двома електродами пігмент виливається з контейнера і прилипає до поверхні піксела. При зміні полярності напруги фарба ховається назад. Оскільки видима площа контейнера не перевищує 5% площі піксела, то в ньому вона майже не помітна(див. рис. 6.25).

 

Рис. 7.25. Електронний папір на основі електрофлюїдної технології.

 

Діаметр такого піксела становить 300мкм, при товщині 15мкм.






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.