Ekrany przyszłości

Królujące obecnie matryce LCD mają znane wady, dlatego naukowcy szykują dla nas alternatywne technologie. Ekrany giętkie i cienkie jak folia, prawie niezużywające energii, mające nieograniczone kąty widzenia oraz takie, które świecą tym intensywniej, im mocniej oświetla je słońce, to już nie fikcja. Poznaj zasady ich działania i przekonaj się, jakie oferują możliwości.

Największą wadą ekranów LCD jest ich mała sprawność. Warto przypomnieć, że obraz powstaje dzięki podświetleniu aktywnych elementów od tyłu światłem jarzeniowym. Kolor i mniej lub bardziej ciemne fragmenty obrazu widzimy dzięki zabieraniu kolejnych składników tego światła. W efekcie tylko mniej więcej sześć procent światła emitowanego przez jarzeniówkę dociera do odbiorcy. Marnowanie jej energii następuje kilkakrotnie. Najpierw ze światła białego zostawia się tylko jedną z barw podstawowych - czerwoną, zieloną lub niebieską. Ten etap ma miejsce w filtrze, jeszcze przed dotarciem promienia do ciekłego kryształu. Następnie tłumi się intensywność światła do takiej, jaka wynika z kolorowej składowej piksela w danym punkcie obrazu.

Główne technologie wyświetlania obrazu stosowane w płaskich ekranach

Główne technologie wyświetlania obrazu stosowane w płaskich ekranach

To tłumienie również wymaga dodatkowej energii. Prawdziwym wyzwaniem dla technologii ciekłokrystalicznej jest wyświetlanie szczegółów w najciemniejszych fragmentach obrazu. Za mała rozdzielczość intensywności może powodować zlewanie się ciemniejszych części obrazu w jednolitą czarną plamę. Do tych wad należy dodać słabą czytelność ekranów w bezpośrednim świetle słonecznym. Ten feler LCD wyjątkowo daje się we znaki w urządzeniach przenośnych - laptopach czy telefonach komórkowych. Subpiksel LCD jest bardzo skomplikowany (rys. 2). Wykorzystuje się wiele aktywnych elementów optycznych, takich jak polaryzatory i kolorowe filtry, a także cienkowarstwowe tranzystory. Jego produkcja nie jest łatwa i wymaga wykonania wielu kroków.

Już sama polaryzacja światła, konieczna do działania tego elementu, pochłania 50% energii. Dodatkowe warstwy aktywne optycznie pozostawiają z tej połowy zaledwie 6%. Aby zachować czytelność ekranu, zarówno w ciemności, jak i w pełnym słońcu, oraz poprawić kontrast, coraz bardziej zwiększa się moc podświetlenia i siłę polaryzatorów. To obniża sprawność energetyczną technologii. Poniżej omawiamy kilka nowych, obiecujących technologii wyświetlania, które dobrze radzą sobie z największymi problemami. Czas pokaże, czy zawojują świat, czy wylądują na śmietniku.

Świecenie wilgocią

Struktura wewnętrzna piksela w ekranie LCD

Struktura wewnętrzna piksela w ekranie LCD

Jedna z najciekawszych technologii do zastosowania w ekranach wykorzystuje elektrozwilżanie. Co oznacza ten tajemniczy termin? Z doświadczenia wiemy, że kropelka wylana na płaską powierzchnię może się po niej rozlać albo pozostać skupiona. Rezultat zależy od tego, czy powierzchnia "lubi" wodę albo inną ciecz, czy wręcz przeciwnie.

Wyobraźmy sobie, że potrafimy zmieniać tę właściwość np. za pomocą przyłożonego napięcia (rys. 3). Przypuśćmy, że pod napięciem ciecz się skupia, tworząc kroplę, a bez tego bodźca rozpływa się swobodnie po całej powierzchni. W ten prosty sposób otrzymaliśmy komórkę, która funkcjonuje podobnie, jak element ciekłokrystaliczny. Sterując napięciem, można albo zasłonić powierzchnię cienką warstwą cieczy, albo ją praktycznie odsłonić (z wyjątkiem małej części, zajętej przez skupioną kulkę cieczy gdzieś w rogu).

Praktycznie komórka wyświetlacza jest nieco bardziej skomplikowana. Na rys. 4 widać ustawione jeden na drugim przezroczystą elektrodę, hydrofobowy izolator, warstwę kolorowego oleju oraz zwykłą wodę. Te cztery elementy są umieszczone na drodze promienia światła. W stanie równowagi z oleju tworzy się cienki film między wodą a izolatorem. Jest wystarczająco trwały, żeby nie "przewrócić" się na przykład pod wpływem grawitacji. Włączenie napięcia w poprzek izolatora zmienia tę równowagę. Izolator przestaje odpychać wodę, która w jego sąsiedztwie zajmuje miejsce oleju. To osłania leżącą pod nim warstwę odbijającą światło.

Kropelka wody na powierzchni hydrofobowej: (a) bez przyłożenia napięcia, (b) z przyłożonym napięciem.

Kropelka wody na powierzchni hydrofobowej: (a) bez przyłożenia napięcia, (b) z przyłożonym napięciem.

Okazuje się, że wielkość odsłoniętej powierzchni może być łatwo regulowana wielkością przykładanego napięcia. Na dodatek podłoże komórki może być równie dobrze lustrem, jak i warstwą przepuszczającą światło. Na rys. 4 widać jeden piksel składający się z kilkunastu komórek. W lewym rogu część powierzchni zajmuje elektroda sterująca stanem oleju. Z wyjątkiem plamy zajmowanej przez zabarwiony olej komórka pozostaje przezroczysta. Dzięki temu, podobnie jak LCD, może pracować w świetle przechodzącym, odbitym albo "transrefl eksyjnym". W odróżnieniu od LCD marnuje o wiele mniej energii. Nie ma tutaj ani filtru RGB, który pochłania 2/3 pozostałej energii, ani polaryzatora (co najmniej 1/2). Nie wspominaliśmy jeszcze o barwniku rozpuszczonym w oleju. Jego wybór określa wyświetlany kolor, zwłaszcza w stanie wyłączonym, kiedy olej pokrywa prawie całą powierzchnię. Wymiary jednego elementu są na tyle małe, że subpikseli może być więcej niż trzy. Dzięki temu nie trzeba się ograniczać do budowania kolorów tylko z trzech składowych. Może być ich na przykład sześć, RGBCMY, dlatego niewykluczone jest powiększenie gamy wyświetlanych kolorów.

Ze względu na przezroczystość możliwe jest nie tylko usytuowanie komórek obok siebie, ale także w stosie, jedna pod drugą. W pierwszym wypadku mamy praktycznie nieograniczone kąty widzenia, w drugim intensywniejsze barwy. Na razie nowe komórki są jeszcze w stadium prób, ale wyniki są zachęcają. Zmieniając skład chemiczny, w ciągu kilku lat udało się zmniejszyć napięcie potrzebne do wywołania efektu z 200 do 20 V. Bez problemu osiąga się rozdzielczość stu pikseli na cal, przy uznanych za standard 72. Gorzej z szybkością przełączania. Co prawda, od przyłożenia napięcia do reakcji cieczy mijają tylko 3 ms, ale proces odwrotny trwa aż trzy razy dłużej. Obiecująco niskie jest zużycie energii, ale to zasługa głównie porównania wersji bez własnego podświetlenia z aktywnymi ekranami konkurencyjnych technologii.

Ekran w rulonie

Pomysłów na następcę matryc LCD jest sporo, i to opartych na technologiach, które jeszcze do niedawna mogliśmy oglądać tylko na filmach SF. Giętkie, cienkie jak folia, o nieograniczonych kątach widzenia ekrany przyszłości nie mają, jak się okazuje, wad popularnych wyświetlaczy TFT LCD. Najnowsze technologie, które mogą zastąpić LCD, przedstawiamy w artykule obok. Opisując wydajne komputery dla graczy, nie mogliśmy się oprzeć wrażeniu, że wydajność drożeje. Jeszcze rok-dwa temu wydajny komputer do gier mogliśmy kupić za 3-4 tysiące złotych. Teraz musimy za taki sam zapłacić ponad 5 tysięcy. Są one konstruowane z dobrych podzespołów, zarówno jeżeli chodzi o najważniejsze (procesor, karta graficzna, płyta główna), jak i drugorzędne (obudowa, zasilacz). Nie trzeba nikogo przekonywać, że jakość zasilacza ma duże znaczenie - korzystnie wpływa na żywotność komputera i stabilność jego działania. Przetestowaliśmy też osiem najnowszych miniprojektorów, najmniejszy i najlżejszy z nich waży zaledwie 115 gramów i bez trudu mieści się np. w kieszeni koszuli. To urządzenia, które pozwalają wyświetlić obraz w każdych niemal warunkach, i to bez korzystania z komputera. Niektóre mają nawet wbudowanego PowerPointa, by samodzielnie wyświetlać prezentacje. Interesującą nowością sprzętową jest platforma NVIDIA ION 2 z szybkim układem graficznym GeForce G210 i sprzętowym wspomaganiem odtwarzania filmów Full HD. Pierwszy korzystujący z niej netbook opisujemy w artykule "Komputer dla ucznia".

Edward Wawrzyniak


Zobacz również