Тема Доклада:Устройства отображения информации. Автор: Лысенко Александр, гр.442 об-2.
Научн. рук.: Карпова Т.В.
Для обеспечения представления информации (обычно результатов обработки вводимых данных) в форме, удобной для зрительного (визуального) восприятия человеком и принятия им решений (например, в виде цифро-буквенного текста, плана, таблицы, графика, схемы, чертежа и т.д.) используются устройства отображения информации, дисплеи, устройства вывода данных. Устройства отображения информации широко используются в системах передачи информации, в системах диагностики и машинного обучения, в научных исследованиях и при конструировании многих технических устройств, в автоматизированных системах управления и проектирования, сигнализации и контроля и т.п. системах «человек и машина».
Еще 10-15 лет назад в подавляющем большинстве случаев в качестве устройства отображения видеоинформации использовалась электронно-лучевая трубка (ЭЛТ, кинескоп). А для воспроизведения изображений большого формата применялись различные проекционные устройства и видеостены из набора ЭЛТ. Однако эти устройства имеют ряд принципиально неустранимых недостатков, ограничивающих сферу их применения. Так, устройства на основе ЭЛТ имеют большую глубину, немалый вес и значительное потребление энергии. Кинескоп очень чувствителен к тряске, и сотрясение или удар могут привести к потери вакуума или деформации теневой маски. Все это затрудняет применение кинескопов в переносных устройствах. Кроме того, для работы кинескопа необходимы высокие напряжения. Полностью исключить контакт электроники с внешней средой сложно. Видеостены на основе ЭЛТ имеют выраженную мозаичную структуру. Размеры формируемого кинескопом изображения меньше его габаритных размеров, и потому при стыковке ЭЛТ «швы» получаются заметными. Это исключает использование такой видеостены для отображения текста.
Таким образом, несовершенство ЭЛТ привело к тому, что разрабатывались другие средства отображения информации. Для того чтобы ознакомиться с современными устройствами отображения информации, для начала необходимо рассмотреть устройства на базе ЭЛТ.
Устройства на базе ЭЛТЭто устройства отображения информации, основным элементом которых служит электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Электронно-лучевыми трубками называют электронные приборы, у которых электронный поток, выходящий из катода, формируется электрическим либо магнитным полем в узкий пучок - электронный луч. Основными частями электронно-лучевой трубки являются: электронная пушка, создающая узкий электронный луч, направленный вдоль оси трубки; отклоняющая система, изменяющая направление электронного луча; люминесцирующий экран, светящийся в месте попадания на него электронов. Чтобы изображение на экране не мерцало, его повторно воспроизводят (регенерируют) с частотой 20 -- 50 раз в сек.
Главными недостатками устройств отображения информации на ЭЛТ являются: высокое для своего размера энергопотребление; геометрические искажения изображения; чувствительность к магнитным полям; мерцание экрана, вызывающее утомление глаз.
В настоящее время электронно-лучевые трубки практически полностью вытеснены из бытовой аппаратуры. Однако их продолжают использовать в специальной аппаратуре, например, которая должна работать в условиях радиации, а также это могут быть радиолокаторы, системы наблюдения за промышленными роботами и др. На смену устройств на базе ЭЛТ пришли ЖК-дисплеи, плазменные панели и органические светодиодные устройства.
Жидкокристаллические дисплеи.В основу их работы положено свойство некоторых веществ изменять свои оптические показатели (коэффициенты поглощения, отражения, рассеивания, показатель преломления, спектральное отражение или пропускание, оптическую анизотропию, оптическую разность хода, оптическую активность) под влиянием внешнего электрического поля.
Вследствие модуляции падающего света изменяется цвет участка, к которому приложено электрическое поле и на поверхности вещества появляется рисунок требуемой конфигурации. В качестве веществ, имеющих подобные свойства, используют жидкие кристаллы. Жидкокристаллическим (мезаморфным) называется термодинамически устойчивое состояние, при котором вещество сохраняет анизотропию физических свойств, присущую твердым кристаллам, и текучесть, характерную для жидкостей. Это состояние имеют некоторые производные бензола дифенила, стероидов, гетероциклических и других сложных соединений. Характерной особенностью жидкокристаллических фаз является то, что молекулы вещества имеют сравнительно большую длину и относительно малую ширину.
К преимуществам жидкокристаллических дисплеев можно отнести малые размер и массу в сравнении с ЭЛТ, У ЖК-дисплеев, в отличие от ЭЛТ, нет видимого мерцания, дефектов фокусировки лучей, помех от магнитных полей, проблем с геометрией изображения и чёткостью. Энергопотребление ЖК-дисплеев в зависимости от модели, настроек и выводимого изображения может как совпадать с потреблением ЭЛТ и плазменных экранов сравнимых размеров, так и быть существенно ниже.
Плазменные панели.Более удобны с точки зрения совместимости с цифровой вычислительной машиной плазменные панели. Плазменной панелью называют устройство, которое преобразует видеосигнал в изображение на экране, синтез которого обусловлен свечением люминофора (вещества, способного преобразовывать поглощаемую им энергию в световое излучение ) под действием ионизации разреженного газа, вызванной холодной плазмой.
Такая панель состоит из трёх стеклянных пластин; средняя имеет отверстия (ячейки), заполненные смесью неона и азота, а на наружные нанесены шины выборки (параллельные полупрозрачные полоски золота) т. о., чтобы каждое отверстие оказалось расположенным между двумя взаимно перпендикулярными полосками. При подаче на шины управляющего напряжения (сигнала) газ в ячейках начинает светиться и это свечение сохраняется после снятия управляющего сигнала (разряд поддерживается постоянным напряжением). Для гашения элемента на выбранную пару шин подаётся сигнал противоположной полярности. Аналогично устроены матричные люминесцентные экраны (средняя пластина покрыта люминофором - точками размером около 0,25 мм2).
Достоинства плазменных панелей: угол обзора до 170°, почти на порядок ниже вероятность возникновения брака во время изготовления по сравнению с электронно-лучевыми трубками, а также незначительное мерцание изображения. Плазменные матрицы, в отличие от электронно-лучевых трубок, не чувствительны к наличию магнитных полей, например, порождённых магнитными системами динамических головок акустических систем.
Недостатки: большая потребляемая мощность, выгорание люминофора после нескольких лет непрерывной эксплуатации, невозможность выполнения пикселей меньше 0,2 × 0,2 × 0,1 мм из-за неустойчивого возникновения плазмы.
Органические светодиодные устройства.Органические светодиодные устройства (OLED) выполняют на основе многослойных токопроводящих люминесцирующих сопряжённых полимеров, например, полифениленвинилена.
На прозрачной подложке расположен анод, выполненный из In4Sn3O12 обычно методом золь-гель технологии, к которому подсоединяют положительный полюс источника питания. Отрицательный полюс источника питания подключают к катоду, изготовленному из алюминия. Между анодом и катодом располагают эмиссионный материал. Между катодом и эмиссионным материалом возникают слои инжекции электронов и переноса электронов. Между анодом и эмиссионным материалом будут расположены слои переноса дырок и инжекции дырок. Протекание тока обусловлено движениями дырок из анода и электронов из катода в эмиссионный слой, где происходит рекомбинация, сопровождаемая эмиссией фотонов. Органические светодиоды объединяют в группы - пиксели, в которых излучения эмиссионных слоёв попадают на светофильтры красного, синего и зелёного цветов. При обратном включении источника питания не возникает выделения фотонов в эмиссионном слое. Выводы органических светодиодов могут быть составлены в прямоугольную сетку, подавая напряжения на строки и столбцы которой, инициируют свечение требуемых пикселей.
Дисплеи, организованные по такому принципу, называют пассивными. В активных дисплеях каждый органический светодиод соединён с соответствующим транзистором, расположенным рядом с ним, и управление транзистором требует затрат небольшой мощности. Таким образом, получают элементарные органические светодиоды, объединяя которые получают органические светодиодные дисплеи.
Достоинства: отсутствие необходимости подсветки, угол обзора в 180°, весьма точная цветопередача, малые масса и габариты. Также допустимо изготовление гибких дисплеев и дисплеев с толщиной всего в несколько миллиметров.
Недостатки: деградация пикселей при прямом попадании солнечного света, выход из строя люминофоров синего цвета через примерно тысячу часов непрерывной работы.
Заключение:Возможно, вскоре нам совсем не понадобятся мониторы, так как уже сейчас появляются устройства, которые проецируют изображение прямо на сетчатку глаза. Возможно, что мониторы перестанут совершенствовать тогда, когда они смогут показывать жизнь как в реальности.
