Съвременни дисплеи

Решение на последния проблем е използването във всеки субпиксел по един MOS транзистор (фиг. 3), откъдето е наименованието му тънкослоен транзистор (Thin Film Transistor) TFT. Всички транзистори са върху прозрачен лист в долната част на дисплея, който неизбежно задържа част от светлината. Това обуславя задължителното за тези дисплеи задно осветление. Обикновено те са пропускащи, но има и пропускащо-отразяващи. Задействането на всеки от транзисторите и активиране на субпиксела му се осъществява чрез подаване на напрежение между гейта и сорса му по шините между субпикселите. Този начин на задействане се нарича активна матрица, което определя другото наименование AMTFT LCD. Използваните течни кристали са DSTN или FSTN, което обуславя малките времена на реакция и големите ъгли на видимост. Реално това са единствените LCD, позволяващи получаването на качествени подвижни изображения. Самите TFT са силициеви, като при големите дисплеи са аморфни, а в малките – аморфни или поликристални. За увеличаване на интензитета на отразената светлина компанията Sharp е създала структура с много голям брой миниатюрни отражатели (Micro Reflective Structure) MRS, използвана в серията й дисплеи HR-TFT.

Дотук бяха представени основните видове LCD в зависимост от вида на течния кристал. За тяхната изработка се използват различни технологии. Част от тях е реализацията върху задната стъклена пластина на драйверите за управление на дисплея и евентуално други блокове. За целта са разработени няколко разновидности нискотемпературна технология (Low Temperature Polysilicon) LTPS, при която нагряването е между 300 и 550°С. Най-често то се прави с лазер, който разтопява аморфен силиций и при рекристализацията му се получава желаният полисилиций. Именно това е технологията чип върху стъкло (Chip On Glass) COG, изяснена на фиг. 4. По такава технология е изработен едноцветният дисплей EW32F92 на Еmerging Display Technologies с диагонал 9,7 cm с фирмено наименование Power White, който е с голям CR. Технологията е използвана и в дисплеите с диагонал между 4,6 и 7,2 cm на AU Optronix, в част от висококачествените цветни дисплеи на LG.Philips, в индустриалните и автомобилни дисплеи на Sharp, както и в най-малкия цветен дисплей с диагонал 0,845 cm на Epson. Подобна е технологията чип върху гъвкава основа (Chip On Flex) COF, при която драйверите се монтират върху гъвкава пластина, а тя се прикрепва върху стъклото. Чрез технологията се намалява теглото на дисплея в сравнение с COG и може да се осигури по-малко разстояние между проводящи пътечки и изводите на прибори. Пример за използването на технологията са някои от дисплеите на Data Modul.

Друга група технологии са за изработката на самите течни кристали и целят постигане на определени параметри. Чрез технологията IPS (In Plaque Switching), създадена от Hitachi, се подобрява възпроизвеждането на цветовете на TN LCD и се разширява ъгълът на видимост. Наименованието идва от подреждането на молекулите на кристала в една равнина, успоредно на двете ограничаващи го пластини, при което през него не преминава светлина. При активирането молекулите се завъртат на 90° и светлината преминава. Допълнително предимство е, че при повреда на транзистор в TFT пикселът остава черен и почти незабележим. Пример за използването на технологията са част от дисплеите на Chi Mei Optoelectronics. Допълнителни подобрения са направени с S-IPS и най-новата Enhanced S-IPS, възприета като основна в телевизорите на LG.Philips. При нея времената на реакция са намалени до 5 ms, а ъгълът на видимост достига 178°. При това качеството на цветовете се запазва практически неизменно до ъгли от 80°.

Увеличаване на ъгъла на видимост и CR и намаляване на времената на реакция се постига чрез МVА (Multi-domain Vertical Alignment), създадена от Fujitsu. При нея молекулите на неактивирания течен кристал са перпендикулярни на плочките от двете му страни. Допълнително предимство е възможността за реализация на малки дисплеи с голяма разрешаваща способност. Съществуват и подобрения на технологията като А-МVА и S-МVА. Например AU Optronix използва в своите дисплеи за телевизори и монитори с диагонал между 51 и 118 cm технологиите МVА и А-МVА, а Chi Mei Optoelectronics се е спряла на МVА и S-MVA в част от своите цветни дисплеи. Друга разновидност е РVА (Pattented Vertical Alignment) със същото подреждане на молекулите, но увеличен CR - типичните стойности са между 500:1 и 1200:1 и достигат до 3000:1. Чрез S-PVA се осигурява по-нататъшно намаляване на времената на реакция. Пример за използването на последните две технологии е дисплеят LTM300M1 на Samsung с диагонал 77 cm и време на реакция 6 ms.

Сред новите технологии е Photo Fine Vistarich на Epson, която осигурява ъгъл на видимост 180° от всички посоки и CR 500:1. При това стойностите на последния се запазват големи и при гледане под ъгъл – при ±80° той e 100:1, докато при другите дисплеи той е около 10:1.

За намаляване на времената на реакция се използват и различни видоизменения в управлението. Например ODC (Over Driving Circuit) работи с увеличено напрежение на дисплеите и се използва от LG.Philips.

Интегрираният контролер, често срещан при пасивните LCD дисплеи, обикновено отсъства при TFT дисплеите с диагонал над 3,5” и трябва да се реализира чрез допълнителни външни схеми. В този аспект интерес представлява разработената от Ampire 5,7” QVGA фамилия TFT дисплеи с вграден контролер и едно захранващо напрежение, който улеснява разработчиците в прехода от монохромни LCD към цветни TFT дисплеи.

Светодиодни (LED) дисплеи

Светодиодите едва ли се нуждаят от представяне. Всички съществуващи цветове се използват в реализацията на едноцветни дисплеи, включително новите сини и бели LED. В цветните дисплеи пикселите се реализират на същия принцип, както в цветната телевизия. Буквеноцифровите дисплеи се използват отдавна и интересни новости в тях няма. Сравнително малко са матричните дисплеи, например едноцветният LED-128G032-1 на Vishay с 128x32 пиксела. Примери за цветни дисплеи са A040CN01 на AU Optronics с 160x234 пиксела и някои модели на Display Elektronik.

Най-многобройните приложения са за големи екрани за помещения и на открито. Характерен пример са моделите TR2006R на Toshiba с ъгъл на видимост 170°, диагонали между 54 и 960 cm и формати 4:3 и 16:9. Специфична тяхна особеност е, че могат да се огъват на неголям ъгъл. Подобни са TR2010E, TRV2013E и TR2015X с диагонали до 20 метра и консумация до 160 kW.

Органични светоизлъчва-щи прибори (Organic Light Emitting Device) OLED

Те се основават на излъчването на видима светлина с определен цвят от молекулите на определени органични материали, когато през тях протича ток. За разлика от LED тук цялата светлина преминава през материала без да се абсорбира. Това означава по-голяма ефективност на преобразуването и съответно излъчване при значително по-малък ток. Резултатът е интензитет на светлината около 40 lm/W (колкото флуоресцентна лампа) при напрежение 5 V. Тя може да е червена, зелена, синя и бяла при време на реакция под 1 ms, т.е. могат да се реализират цветни дисплеи за подвижни изображения. Към това се прибавят ъгълът на видимост до 165°, малкото тегло, простата и евтина конструкция и изработка, преминаването на околната светлина през изключения OLED. Основните недостатъци засега са експлоатационния срок от около 10 000 h, трудностите за реализация на структури с голяма разделителна способност и за производство на големи дисплеи.

Използваните органични материали могат да са с малки или големи молекули, като приборите на основа на последните често се наричат светоизлъчващи полимери (Light Emitting Polymer) LEP.

В зависимост от конструкцията съществуват две разновидности на OLED, като основната е дадена на фиг. 5. Излъчването от нея е в една посока поради непрозрачния катод. Примери за такива дисплеи са 1.02” OLED на Powertip Technology със 128x64 пиксела. В прозрачните OLED (Transparent OLED) – TOLED, анодът и катодът са прозрачни и излъчването е в двете посоки при същия коефициент на пропускане на светлината, както при обикновеното стъкло. Това позволява приложения като дисплеи за наблюдаване от двете страни, които се залепват върху прозорци (на жилища, офиси и автомобили) и са напълно прозрачни в неработещо състояние. Вече е съществува и наименование - интелигентни прозорци (Smart Window).

За реализацията на цветни пиксели също има два начина. Класическият е разполагане един до друг на червен, зелен и син субпиксели, а управлението се подобрява чрез прибавяне на TFT към всеки субпиксел. Това са AMOLED, пример за какъвто е 2” OLED на Powertip Technology с 176ґ220 пиксела. Другият начин е технологията SOLED (от Stacked OLED), в която субпикселите са един над друг и могат да се управляват независимо. Последното улеснява получаването на желан цвят и интензитет на изображенията. Засега тази технология е на етап лабораторни модели.

Във фосфоресциращите OLED (Phosphorescent OLED) PНOLED излъчването на светлината е вследствие фосфоресценция в материали с малки молекули. Те също са на ниво лабораторни модели, като поради очакваната ниска цена и около 4 пъти по-голям коефициент на преобразуване ще са възможни приложения не само в дисплеи, но и за реализация на осветителни тела.

Разгледаните дотук OLED се реализират върху твърда (обикновено стъклена) подложка. За разлика от тях гъвкавите OLED (Flexible OLED) FOLED използват огъваща се подложка, като разликите между двете са дадени на фиг. 6.

Това позволява реализацията на огъващи се дисплеи, наример е цветният на Toshiba с 800x600 пиксела, диагонал 21 cm и дебелина 0,4 mm. На основата на FOLED са създадени лабораторни модели на дисплеи за електронен вестник (e-paper Display) с една страница, чието съдържание се променя.

Практическите им приложения засега са под формата на малки дисплеи, главно за мобилни телефони, MP3 плейъри и др. подобни. Примери са TOD9M0014GGP-W-T-L3 на Truly с диагонал 2,4 cm, OLM-O150GNG-02 на Varitronix с диагонал 3,8 cm, дисплеите на Osram (между 6,9 cm и 16,6 cm), някои дисплеите на AU Optronics и тези за командни табла и автомобили на Optrex. Проблемът с малките размери е на път да бъде преодолян - през април 2007 г. бяха представени телевизионни приемници с OLED екрани с диагонал 28 и 69 cm от Sony и с 54 cm от Samsung. Надеждите на двете фирми са за започване на редовно производство до края на годината, но вси още при твърде висока цена. Телевизор с екран също 54 cm представи и Toshiba, която смята да реализира такъв с диаметър 77 cm през 2009 г.

Структурата на един пиксел на LEP е дадена на фиг. 7 при дебелина на слоевете около 30 микрометра. Напрежението се прилага между горните електроди и прозрачния електрод, като достига до излъчващия слой през малкото съпротивление на пропускащия слой. И тук има материали за излъчване на трите основни цвята и съответно е възможно реализирането на цветни дисплеи. Особено привлекателно е, че един от методите за нанасяне на слоевете е подобен на печатането с принтер, което е предпоставка за ниска цена. В момента много фирми, сред които Philips и Epson, работят върху опитни образци, които вероятно скоро ще се появят на пазара. Основната очаквана област на приложение на LEP са устройствата с батерийно захранване.

Чувствителни на допир дисплеи (Touch Screen)

При инфрачервените чувствителни на допир дисплеи (Infrared Touchscreen) ITS в съседни стени на пластината на екрана са поставени инфрачервени светодиоди, а в срещулежащите – фототранзистори. При докосване на пластината част от лъчите се прекъсват и специален контролер регистрира пресечната им точка. При повече такива точки контролерът определя средата им. Пример за ITS е ITP-5038SDE-1 на Vishay с диагонал 15 cm, който е с 99 вертикални и 75 хоризонтални лъча и време на реакция 50 ms.

Стефан Куцаров