Studijoms.lt

Referatai, konspektai

Displėjai ir jų tipai

Autorius: Agnė

ĮVADAS 2

DISPLĖJAI 3

Displėjai su elektroniniais vamzdžiais( kineskopais) 3

Displėjai su skystaisiais kristalais (LCD) 5

DSTN displėjai 6

TFT displėjai 6

Displėjai su plazminiais ekranais ( PDPs) 7

Displėjai su elektrovakuuminiais šaltųjų katodų ekranais (FED) 7

Literatūros sąrašas 9


ĮVADAS


Noras turėti televizorių, pakabintą arba įmontuotą ant sienos buvo jau seniai. Dabar ši svajonė jau tampa realybe.

Iki dabar serijinėje televizorių gamyboje perduoti spalvoto vaizdo informaciją naudojami didelių gabaritų kineskopai. Tačiau jie turi daugelį rimtų trūkumų. Pagrindiniai jų trūkumai – didelė masė, gabaritai, gamybos sunkumai.

Kineskopų konkurentais galima laikyti plokščiuosius ekranus. Jų privalumai pastebėti jau seniai, bet lig šiol jie nesuteikdavo norimos kokybės už tą kainą kuria jie būdavo įvertinti. Dabar, įvairių tyrimų dėka ir dėl technologijos tobulėjimo padėtis žymiai pasikeitė.

Dabar yra žinomos kelios plokščiųjų ekranų rūšys: dujinio išlydžio, skystų kristalų, vakuuminiai – liuminescenciniai, puslaidininkiniai ( su šviesos diodais ). Jie pranašesni už didelių gabaritų kineskopus ne tik pagal technines galimybes, bet ir galimybe įdiegti serijinėje gamyboje. Juose gali būti naudojamos žymiai pigesnės medžiagos ( kaip pavyzdžiui: skystieji kristalai gaunami iš mėsos perdirbimo atliekų ) ,retų žemės liuminoforų panaudojimo sumažinimas, nereikalinga tampa aukštos kokybės metalo valcavimo technologija, atlenkimo sistemos varinis laidas, gremėzdiška ir ekologiškai pavojinga stiklinių kolbų gamyba. Tarp kitko nebereikalingos idealiai švarios gamybinės patalpos, kaip puslaidininkinėje gamyboje. Plokščiųjų ekranų tarnybos laikas palyginus ilgesnis negu įprastų kineskopų. Bet pagrindiniu trūkumu, kaip serijiniam, buitiniam naudojimui lieka gana aukšta pačio gamybos proceso brangumas.

Nuo 80 – ų metų didelį populiarumą įgijo skystų kristalų ekranai, naudojami kaip ekranai, nešiojamiems kompiuteriams. Vienok su ekrano įstrižainės didėjimu didėja ir jų kaina. Prie skystų kristalų ekrano trūkumų galima priskirti jų inertiškumą, nelinijines moduliacines charakteristikas ir ribotą stebėjimo kampą. Iki dabar kaip panaudojime televizijoje skystųjų kristalų ekranai buvo naudojami tik nešiojamuose televizoriuose su 6,,,,8 cm. įstrižaine.

Dabar dėka užsienio firmų aktyvumo padidėjimo, skystų kristalų panaudojimas plokštiems ekranams vis labiau progresuoja. Gerai visiems žinoma “Sharp” firma į serijinę gamybą seniai jau yra išleidusi 20 cm. skystų kristalų ekranus. Sukurti ir televizoriai su 21,4 ir 26,4 skersmens ekranais. Daugelis kitų firmų taip pat įdiegė serijinę gamybą.

Kaip lyderiai plokščiųjų ekranų gamyboje laikomos pietryčių Azijos valstybės, ir visų pirmiausiai Japonijos firmos. Tiktai 1994 m. Japonijos firmos įdėjo apie 5 milijardus dolerių šitam projektui įvykdyti. Europoje tokius darbus atlieka tik THOMSONO firma, o JAV – DIAMOND TECHNOLOGIES. Rusijoje taip pat yra gvildenamas šis klausimas, bet biudžetas ir finansinė šalies krizė neleidžia plėtotis šiai veiklai.Didelis dujinio išlydžio technologijos pritaikymas šioje srityje prasidėjo 1992 m. Japonijos firma 1993 m. FUJITSU pradėjo leisti 40 cm. ir didesnės įstrižainės dujinio išlydžio ekranus. Prie darbų prisijungė ir SONY ir NEC ir eilė kitų firmų. Pagaminami ekranai net vieno metro skersmens ir aukštos skiriamosios gebos.

DISPLĖJAI

Labiausiai paplito displėjai su elektroniniu vamzdžiu ( CRT– cathode ray tube ), naudojami kabinetiniuose kompiuteriuose, ir plokštieji skystųjų kristalų displėjai (LCD- liquid crystal display ), naudojami nešiojamuosiuose kompiuteriuose.

Be šių tipų displėjų, gaminami plokštieji displėjai su plazminiais ekranais ( PDPs- plasma display panels ) ir su elektrovakuuminiais šaltųjų katodų ekranais ( FED- field emission displays ).

Displėjai su elektroniniais vamzdžiais( kineskopais)


Vaizdą kineskope piešia elektronų spindulys, nuosekliai žadindamas stiklinio ekrano vidinę pusę dengiantį liuminoforą. Vaizdo taškų šviesumas ir atspalvis priklauso nuo elektronų spindulio intensyvumo, kurį keičia į kineskopo katodą nukreipiamas vaizdo signalas – elektros įtampa. Vaizdo kadrą spindulys pradeda piešti eilutėmis iš kairiojo viršutinio ekrano kampo. Spindulys vienodu greičiu perbėga ekraną iki dešiniojo krašto, po truputėlį leisdamasis žemyn. Paskui staiga grįžta prie kairiojo ekrano krašto truputį žemiau nupieštos kadro eilutės ir pradeda piešti kitą kadro eilutę. Taip eilutė po eilutės spindulys piešia kadrą iki ekrano apačios, o ją pasiekęs šoka į ekrano viršų ir pradeda piešti naują kadrą. Šiolaikinio displėjaus ekrane per sekundę nupiešia 75 – 150 kadrų (kadrų dažnis 75 – 150 Hz) . spalviniame kineskope vaizdą piešia trys spinduliai, kurių vienas žadina raudonai (R), kitas – žaliai (G) , o trečias – mėlynai (B) švytintį liuminoforą. Vaizdo signalams keičiant spindulių intrensyvumą, kinta vaizdo taškus sudarančių R,G ir B liuminoforo triadų švytėjimas, o tuo pačiu ir piešiamo vaizdo taškų atspalviai. Tam, kad elektronų spindulys žadintų tik vieno tipo liuminoforą, kineskope prie ekrano yra metalinė kaukė spinduliui susiaurinti. Nuo spindulio pločio, ekrano didumo ir kaukės priklauso displėjaus skiriamoji geba, matuojama taškų eilutėje ir eilučių kadre skačiumi ( pvz.,800600 reiškia, kad eilutėje yra 800 taškų, o kadre yra 600 eilučių ). Vienas iš svarbių ekrano parametrų, lemiančių vaizdo aiškumą, yra atsumas tarp artimiausių vaizdo taškų ( Dot Pich ). Kuo atstumas mažesnis, tuo geriau. Paprastai jis būna nuo 0,25 iki 0,28mm.

Pagal kaukės konstrukciją skiriami trys kineskopų tipai: su apvalių skylučių kauke ( Dot Mask ), su pailgų skylučių kauke ( Sloted Mask ) ir su vertikalių plyšių kauke ( Trinitron ).

Daugumoje displėjų naudojami kineskopai su apvalių skylučių kaukėm. Tokia kaukė geriausiai formuoja ir nukreipia elektronų spindulius į vaizdo tašką sudarančias R, G ir B liuminoforų triadas. Kiekvieną kaukės skylutę atitinka viena triada. Pagrindinis tokios kaukės trūkumas – mažas skaidrumas, tik maždaug 14 proc. kaukės sudaro skylutės. Todėl geram šviesumui gauti reikia galingesnių elektronų spindulių, dėl to daugiau šyla kaukė ir sunkiau kompensuoti kaukės šilumines deformacijas.

Trinitrono tipo kineskopo, kuriuos 1960m. sukonstravo “Sony”, kaukė yra skaidriausia, nes ją sudaro vertikalių vielyčių tinklelis, sutvirtintas viena ( iki 17 colių įstrižainės ) arba dviem ( didesniems) horizontaliomis vielomis. Kiekvieną kaukės plyšį atitinka R, G ir B liuminoforų juostos. Trinitrono tipo kineskopai yra jautresni vibracijoms, tai nesunku pastebėti sudavus perdisplėjaus šoną.

Kineskopai su pailgų skylučių kauke yra mechaniškai atsparesni už trinitrono tipo kineskopus, bet jų kaukė yra netokia skaidri. Juos 1996 m. sukonstravo firma NEC.

Vaizdo kokybė displėjaus ekrane daugiau priklauso nuo jo pagaminimo kokybės, o ne nuo kineskopo tipo. Todėl pasitaiko prastų displėjų ir su trinitrono tipo kineskopais.

Kineskopų gamiontojai, jausdami vis stiprėjančią plokščių skystųjų kristalų ekranų konkurenciją, stengiasi gerinti vaizdo kokybę ir trumpinti kineskopą. Brangisniuose displėjuose jau naudojami trumpesni kineskopai ( ilgis maždaug 5cm. mažesnis už ekrano įstrižainę ), turintys stačiakampį, beveik plokščią ekraną ( FSTs – Flat Square Tube ) ir atskirus filtrus kiekvienam liuminoforui. Jų kineskopo elektronų spindulį valdo mikroprocesorius.

Displėjų kokybę įvertinti padeda standartai. Dažniausiai naudojamas TCO- 95 standartas. Jis normuoja displėjaus elektromagnetinį spinduliavimą, gamybai naudojamas medžiagas, kai kuriuos vaizdo parametrus. Naujausias standartas TCO – 99 normuoja papildomus vaizdo parametrus, pavyzdžiui reikalauja padidinti minimalų kadrų dažnį, patikslinti vaizdo temperatūros nustatymą, sumažinti elektros vartojimo normą įsijungus laukimo (Standbay) režimu.


Displėjai su skystaisiais kristalais (LCD)


Pirmieji skystųjų kristalų ( SK )displėjai buvo pradėti naudoti 1971m. Jie buvo trumpaamžiai ir sunkiai skaitomi.

Displėjų ekranams naudojami SK yra organinės medžiagos, sudarytos iš ilgų lygiagrečių molekulių, kurių orientaciją galima keisti specialiu būdu apdorotu vidiniu ekrano paviršiumi ir elektriniu lauku. Vaizdą SK ekrane kuria įtampą valdomos keičiamo skaidrumo ląstelės. Tokią ląstelę sudaro du skaidrūs poliarizatoriai ir elektrodai, tarp kurių yra SK. Elektrodo vidinis paviršius apdorotas taip, kad visos prie jo esančios SK molekulės orientuotųsi viena kryptimi lygiagrečiai elektrodo paviršiui. Elektrodai orientuojami taip, kad einant nuo vieno elektrodo prie kito SK molekulės pasisuktų 90 arba 270 laipsnių, o poliarizatoriai – taip, kad pro poliarizatorių praėjusi šviesa galėtų sklisti skystuoju kristalu ir pakeitusi poliarizaciją pasiliktų kitą poliarizatorių. Jeigu poliarizatoriai orientuoti statmenai vienas kitam, ląstelė bus skaidri šviesai. Padavus tarp elektrodų įtampą, ląstelė taps neskaidri, nes SK molekulės pasisuks statmenai elektrodams ir nebekeis šviesos poliarizacijos. Jeigu poliarizatoriai orientuoti vienodai, bus atvirkščiai. Žiūrėdami į skaidrią ląstelę matysime tai, kas yra už jos.

Pasyviuose displėjuose už ekrano būna tamsus fonas, todėl skaidrios ląstelės atrodo juodos, o neskaidrios šviesios. Aktyviuose ekranuose už ekrano būna išsklaidytos šviesos šaltinis, todėl skaidrios ląstelės atrodo šviesios, o neskaidrios – tamsios. SK ekranai valdomi koordinatiniu būdu paduodant kintamąją įtampą į priešingose ekrano pusėse esančius ir statmenai vienas kitam orientuotus ekrano eilučių ir stulpelių elektrodus, kurių susikirtimose yra SK ląstelės. Nespalviniame ekrane vaizdą sudaro tiek taškų, kiek ekrane yra SK ląstelių. Spalviniame ekrane vieną vaizdo tašką kuria net trys ekrano ląstelės, turinčios R, G ir B filtrus.

SK ekranai yra ploni, plokšti, taisyklingos stačiakampio formos, nemirga. Pasyvieji ekranai, kuriuos valdo įtampa, beveik nenaudojama elektros energijos, tačiau jie yra inertiški, turi mažą matymo kampą ( apie 60 laipsnių ), kadangi vaizdas kuriamas ekrano gilumoje, o ne paviršiuje kaip kineskope. Lengviau skaitomi aktyvieji ekranai, bet jų šviesos šaltinis naudoja gana daug elektros energijos. SK displėjuje vaizdas yra maždaug 5 cm. didesnis, negu to paties didumo displėjuje su kineskopu, nes vaizdas užima beveik visą SK displėjaus ekraną. Jane

nėra kineskopui būdingų vaizdo iškraipymų. Vaizdo mirgėjimas SK kristalų displėjuje mažiau pastebimas, todėl kadrų skleidimo dažnis gali būti 20 – 30 proc. mažesnis negu displėjuje su kineskopu. Tačiau dėl to, kad SK displėjaus ekraną sudaro pastovus ląstelių skaičius, sumažinus skiriamąją gebą (pvz., perjungus darbo režimą iš 800600 taškų į 600480 taškų ), atsiranda gana pastebimų teksto ir smulkių vaizdo elementų iškraipymų. Kadangi SK ekranas susideda iš šimtų tūkstančių ir net milijonų ląstelių, beveik visuose SK ekranuose yra neveikiančių ląstelių, op dėl papildomo šviesos šaltinio gali atsirasti specifinių vaizdo iškraipymų ( pvz., skirtingo šviesumo dėmių ).

Iš SK displėjų daugiausiai naudojami pigūs DSTN ( Dual Scan Twisted Nematic ) ir labai geri, bet brangūs TFT ( Thin Film Tranzistor ) displėjai.

DSTN displėjai


DSTN displėjaus ekrane yra du SK sluoksniai. Viename SK molekulės orientuotos horizontaliai, o kitame – vertikaliai. Viršutinis sluoksnis kompensuoja spalvų iškraipymus apatiniame aktyviame sluoksnyje. Tokie nespalviniai ekranai yra balti ir kontrastiški. Spalviniuose DSTN ekranuose vietoje vienos ląstelės yra trys ląstelės su R, G ir B filtrais. Liuminescencinės lempos ekranui pašviesti dažniausiai įrengiamos virš ekrano ir po juo, o šviesa perduodama plastmasiniu šviesolaidžiu. DSTN displėjai dėl inertiškumo iškraipo judančius objektus. Inertiškumui sumažinti ekranas kartais skiriamas į dvi atskirai valdomas dalis, taip pat kuriami specialūs algoritmai vaizdo signalui apdoroti, kurie didina vaizdo kontrastiškumą ir mažina inertiškumą DSTN ekrano ląstelės skaidrumas valdomas keičiant jam paduodamos įtampos didumą. Kuo didesnė įtampa, tuo skaidresnė ląstelė. Taip keičiamas skirtingų juodų tonų, kuriuos gali perduoti ekrano ląstelė, skaičius. DSTN ekranai perduoda iki 64 ( 6 bitų ) skirtingų juodumų, o kineskopas perduoda net 256 ( 8 bitus) skirtingus juodumus. Atitinkamai DSTN ekranas gali perduoti iki 256144 (18 bitų ) atspalvių, o kineskopas – net 16777216 ( 24 bitus ) atspalvių. 18 bitų atspalvių pakanka daugeliu atvejų, jų mažoka tik dirbant su fotografijos kokybės vaizdais. Minėti trūkumai po truputį šalinami. Jeigu pavyktų juos pašalinti, atsirastų pigūs ir geri spalviniai SK displėjai. DSTN ekranai daugiausiai naudojami nespalviniuose displėjuose.


TFT displėjai

Daugumoje spalvinių displėjų naudojami vadinamieji TFT ekranai. Juos dar vadina ekranais su aktyviąja matrica TFT ekrane

kiekvieną SK ląstelę valdo vienas arba du tranzistoriai, kurie labai pagerina ekrano savybes. TFT ekranų inertiškumas yra daug mažesnis už DSTN ekranų inertiškumą, matymo kampas siekia 140 laipsnių, kontrastiškumas gali būti net 300:1 , jie gali pavaizduoti 16 milijonų atspalvių, tačiau yra daug sudėtingesni už DSTN ekranus. Pavyzdžiui, spalvinio ekrano, pavaizduojančio 1024768 taškus , ląstelėms valdyti reikia mažiausiai 10247683=2359266 tranzistorių ir 1024+768 kontaktų jiems su valdymo schemomis sujungti, todėl TFT displėjai yra brangūs.

Nors displėjų su TFT ekranais kaina per metus sumažėjo du kartus, kaina yra pagrindinė priežastis, kuri trukdo jiems pakeisti kabinetinių kompiuterių displėjus su kineskopais ir atpiginti nešiojamuosius kompiuterius. Todėl SK displėjų gamintojos intensyviai ieško būdų, kaip gaminti gerus, bet gerokai pigesnius displėjus. Firmos “Toshiba” ir “Sharp” naujuose HPD ( Hybrid Passive Display ) SK displėjuose naudoja mažiau klampų SK. Jie mažiau inertiški ir kontrastiškesni. “Canon” kompanija naudoja mažai inertiškus fero-elektrinius SK , “ Sharp “ ir “Hitachi” – originalų SK ekranų valdymą, kuris sumažina ekrano inertiškumą ir padidina matymo kampą.

Displėjai su plazminiais ekranais ( PDPs)

Spalvinį plazminį ekraną sudaro inertinių dujų pripildytos ir iš vidaus liuminoforu padengtos ląstelės. Plazminiai ekranai yra aktyvūs, nes “uždegus” inertines dujas, jos skleidžia ultravioletinius spindulius, kurie žadina raudoną, žalią arba mėlyną šviesą skleidžiantį liuminoforą. Tokie ekranai yra ekonomiški, kadangi nereikia papildomo šviesos šaltinio. Naujų plazminių ekranų kontrastiškumas siekia 400:1 .

Ekranai valdomi koordinatiniu būdu paduodant kintamąją įtampą į priešingose ekrano pusėse esančius ir statmenai vienas kitam orientuotus ekrano eilučių ir stulpelių elektrodus. Plazminiai ekranai yra pigesni už SK ekranus, tačiau jiems maitinti reikia palyginti didelės įtampos ( šimtų ), be to , trumpas jų darbo amžius – tik apie 10 000 valandų. Be to, kol kas nepavyksta pagaminti ekranų, kurių taškų skersmuo būtų mažesnis už 0,3 mm. Todėl jie geriausiai tinka dideliems demonstraciniams displėjams ir televizoriams.

“ Sony “ jau gamina 20 ir 49 colių įstrižainės spalvinius plokščius plazminius ekranus “Plasmatron”, tik dvigubai brangesnius už tokios pat įstrižainės kineskopus, o firma “Fujitsu” – 21 colio įstrižainės ir 3,5 cm storio plazminius displėjus, pavaizduojančius 260 000 atspalvių.


Displėjai su elektrovakuuminiais šaltųjų katodų ekranais (FED)

Tokio ekrano veikimas panašus į elektroliuminescencinio indikatoriaus veikimą, kai vakuume katodo emituojamų ir tinkleliu valdomų elektronų srautas verčia švytėti liuminoforu padengtą anodą. Spalviniame ekrane kiekvienam vaizdo taškui sukurti ant bendro anodo yra trys liuminoforai, švytintys raudona, žalia ir mėlyna spalvomis. Po kiekvienu liuminoforu yra šimtai adatėlių pavidalo šaltųjų katodų, kurie elektrinio lauko veikiami emituoja elektronus. Įtampa tarp anodo ir katodo sukelia elektronų emisiją, o įtampa tarp katodų ir tinklelio valdo elektronų srautą į anodo liuminoforą ir liuminoforo švytėjimo intensyvumą. Ekrano anodas yra laidininkas su skaidriais langeliais, padengtais liuminoforu. Tinklelių laidininkuose ties kiekvienu katodu yra kiaurymės katodo emituotiems elektronams.

Plokštieji elektrovakuuminiai ekranai su šaltaisiais katodais, kaip ir kiti plokštieji ekranai, valdomi koordinatiniu būdu. Ekrano eilutė išrenkama, paduodant neigiamą potencialą į su katodais sujungtą eilutės elektrodą ir teigiamą potencialą – į su tinkleliais sujungtą stulpelio elektrodą. Ekrano storis yra tik keliolika milimetrų, o jam maitinti pakanka dešimčių voltų įtampos.

Elektrovakuuminiai 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 gaminami tik 5- 6 colių įstrižainės ir mažesni šio tipo displėjai. Manoma, kad kai pavyks pagaminti didesnius displėjus, jei bus rimčiausi displėjų su SK ekranais konkurentai ir pabaigs displėjų su kineskopais erą.


Literatūros sąrašas

1. “Displėjai, kurie vadinami vaizduokliais” Kompiuterija 1998m.Nr.11(15) ir12(16)

2. “Плоские цветные телевизоры” РАДИО No.9, 12 , 1996г.

Rašykite komentarą

-->