Ekrany przyszłości


Energooszczędne mikrolusterka

Ekrany przyszłości

Zasada działania wyświetlacza elektrozwilżeniowego

Wyświetlacze zbudowane z ruchomych luster są znane już od 1987 roku. Ten pomysł wykorzystuje się w jednej z technologii używanych w projektorach. Chodzi o urządzenia DLP (Digital Light Processing). Mikrolustra szybko odpowiadające swoim ruchem na impuls wydawały się idealnym kandydatem do zastosowania w wyświetlaczu. Byłoby tak, gdyby efekt ich działania nie zależał tak bardzo od kąta padania promienia. W projektorze nie ma tego problemu. Wszystkie elementy są na z góry ustalonych miejscach. Co innego z ekranem, na którym chciałoby się oglądać taki sam obraz niezależnie od kąta patrzenia.

W firmie Mirasol (mirasoldisplays. com) zmodyfikowano starą technologię. Teraz wykorzystuje się nie tylko odbicie światła, ale też interferencję. Wiele osób nie wierzy, że światło może zachowywać się jak fala, ale gdyby tak nie było, nie działałby np. żaden napęd optyczny. W nowym wyświetlaczu też wykorzystuje się falową własność światła, a konkretnie wzmacnianie lub odwrotnie - wygaszanie się dwóch fal o takiej samej długości. Jeśli obie fazy są w zgodzie, dochodzi do wzmocnienia. Jeśli maksimum jednej odpowiada minimum drugiej, następuje osłabienie lub całkowity zanik (rys. 5).

Technologia jest znana jako IMOD (Interferometric Modulator). Czym się cechuje? Piksele przełączane są w 10µs to tysiąc razy szybciej niż w tradycyjnym LCD. Jasność obrazu jest wprost proporcjonalna do ilości padającego światła (współczynnik odbicia światła wynosi około 40%), co oznacza, że obraz będzie odpowiednio jasny zarówno w ciemnym pokoju, jak i w pełnym słońcu. Co więcej, uzyskany obraz nie wymaga odświeżania. To bardzo interesująca właściwość, zapowiadająca dużą oszczędność energii. Obraz nieruchomy jest widoczny bez jakiegokolwiek dopływu prądu, całkowicie bezpłatnie, a w ruchomym wystarczy przyłożyć napięcie tylko do zmieniających się fragmentów.

Ekrany przyszłości

Wycinek wyświetlacza IMOD

Sekret działania wyświetlacza IMOD ilustruje rys. 6. Piksel składa się ze szklanego podłoża pokrytego półprzepuszczalną cienką warstwą. Pod nią znajduje się membrana z materiału, który jednocześnie odbija światło i przewodzi prąd. W stanie początkowym między membraną a podłożem jest niewielka luka. Kiedy do membrany i cienkiej warstwy naniesionej na szkło zostanie przyłożone napięcie, obie części zostaną do siebie elektrostatycznie przyciągnięte. Luka zostanie zajęta przez membranę, a warstwa izolatora zapobiegnie przepływowi prądu. Ten stan nazywamy zamkniętym. I odwrotnie, przyłożenie mniejszego napięcia powoduje oddalenie się membrany od warstwy szklanej, czyli powrót do pozycji początkowej, do stanu zwanego otwartym.

Od odległości między cienką warstwą a membraną zależy, czy piksel będzie świecił. W stanie zamkniętym odbija się barwa o długości fali gdzieś daleko w zakresie ultrafioletu, niewidzialna dla oka. Światła widzialnego piksel w tym stanie nie odbija, dlatego jest czarny. W stanie otwartym piksel odbija kolor niebieski, zielony lub czerwony, zależnie od swojej budowy, a konkretnie od ustalonego z góry dystansu między membraną a cienką warstwą. Wydawałoby się, że wystarczy membranę odsuwać na dowolną odległość żeby otrzymać piksel wielokolorowy, ale jest to możliwe tylko w teorii. System regulacji odległości membrany byłby zbyt skomplikowany. Mamy więc kolor piksela ustalany w czasie produkcji i nie można go zmienić, częściowo przesuwając membranę. Nie ma żadnego pośredniego stanu między otwartym a zamkniętym. Najdalej odsunięta membrana jest w pikselu czerwonym, średnio odsunięta w zielonym, a najbliższa w niebieskim. Oczywiście w tej samej kolejności maleje długość fali dla tych kolorów. Pojedynczy element IMOD jest albo w stanie otwartym, jasnym, albo zamkniętym, ciemnym. Chcąc otrzymać szarości i kolory mniej nasycone, trzeba się uciec do oszukiwania wzroku, tzw. ditheringu. Wyświetlając dostatecznie szybko (100 Hz) po sobie białe i czarne, wywołujemy wrażenie szarego. Taki sam efekt uzyskamy, oglądając pod małym kątem te same dwa kolory. Pierwszy sposób nosi nazwę ditheringu czasowego, drugi - przestrzennego.

Ekran w rulonie

Ekrany przyszłości

Zasada działania wyświetlacza IMOD

Elastyczny wyświetlacz, któremu nie szkodzi zginanie, jest już na wyciągnięcie ręki. LG (www.lgdisplay.com) poinformowała o wyprodukowaniu giętkiego ekranu o wymiarach 250x400 mm. To prawie wielkość gazety. Także minimalna grubość (0,3 mm) i niewielki ciężar (130 g) mają czytelnikowi przypominać gazetę. Nowinkę nazwano e-papierem, chociaż ta nazwa ma już swoją długą historię. Wyświetlacz jest standardowym TFT LCD, w którym sztywne podłoże szklane zastąpiono folią metaliczną. To pozwala wrócić wyświetlaczowi do pierwotnego kształtu po wygięciu. Ma także korzystny wpływ na jego trwałość. Z ekranem został zintegrowany jego sterownik.

W porównaniu z konwencjonalnymi LCD i PDP giętkie wyświetlacze oferują różne korzyści. Po pierwsze, nie muszą zajmować miejsca ściśle określonego swoimi wymiarami - fajnie byłoby zawsze mieć przy sobie leciutki i duży (po rozwinięciu) ekran, który może być złożony płasko jak kartka papieru lub zwinięty w rulonik, gdy go nie używamy. Po drugie, potrzebują o wiele mniej energii elektrycznej. Po trzecie, elastyczność pozwala podzielić większy ekran na mniejsze fragmenty czy umieszczać je w lokalizacjach dotąd niedostępnych dla wyświetlaczy, np. owinąć naokoło słupa.

Która technologia zastąpi LCD?

W nowych technologiach tkwi ogromny potencjał, nie mają one większości wad LCD. Na przeszkodzie ich rozpowszechnieniu stoją, jak zwykle w wypadku nowinek technicznych, koszty produkcji i trudności z wdrożeniem na masową skalę. Jednak wszystko wskazuje na to, że na rewolucję nie będziemy długo czekać - wystarczy jeden drobny przełom w badaniach, by ekrany IMOD, elektrozwilżeniowe bądź OLED-y/AMOLED-y wyparły z rynku LCD równie szybko, jak LCD wyparło wysłużone kineskopy.

Wyświetlacze OLED

Struktura wyświetlacza OLED

Wyświetlacze LED i OLED nazywają się podobnie, ale działają całkiem inaczej. W ekranach LED diody zastępują jarzeniówki stosowane w konwencjonalnych LCD w roli źródła światła. Pozostała część ekranu jest taka sama, jak w typowych wyświetlaczach ciekłokrystalicznch. Mamy energetycznie marnotrawne filtrowanie tego światła do jednego z kolorów podstawowych i następnie dodatkowe tłumienie jego siły przez skręcenie polaryzatora. Jednym słowem - LED oznacza wyświetlacz transmisyjny.

Natomiast OLED to wyświetlacz emisyjny. Diody świecą pożądanym kolorem i z pożądaną siłą. Nie są potrzebne ani kolorowe filtry, ani tłumienie siły światła. Z tego powodu sprawność takich wyświetlaczy jest o wiele wyższa.

Kilka innych cech, którymi OLED-y górują nad LCD:

  • Warstwy plastiku lub materii organicznej są cieńsze, lżejsze i bardziej elastyczne od warstw krystalicznych w LED-ach lub LCD.
  • OLED-y są jaśniejsze od LED-ów. Ponieważ warstwy organiczne w OLED-ach są o wiele cieńsze możliwe jest zbudowanie komórki wielowartswowej.
  • OLED-y nie potrzebują tylnego podświetlenia i w mniejszym stopniu marnują energię. Ten czynnik jest szczególnie ważny w ekranach zasilanych z baterii (ale w wypadku intensywnej bieli zużycie energii przez OLED-y może być większe!).
  • OLED-y sa prostsze w produkcji. Wielkie i cienkie ekrany łatwiej wykonać z plastiku niż z wielu ciekłych kryształów.
  • OLED-y mają szersze kąty widzenia. To skutek blokowania w LCD intensywności i koloru światła przez przeszkody, które ograniczają pole widzenia. Takich przeszkód nie ma w OLED-ach.
  • OLED-y mają stokrotnie krótszy (0,01 ms) czas reakcji.

Kwestie do rozwiązania:

  • Czas życia - podczas gdy świecące na czerwono i zielono warstwy organiczne mają już wystarczającą trwałość, diody niebieskie są jeszcze za słabe. Są też problemy z wydajnością materiałów świecących w tym kolorze.
  • Produkcja - chociaż mniej skomplikowana, jest jeszcze dużo droższa.
  • Woda - może łatwo zniszczyć OLED-y.

Wyświetlacze AMOLED

Zasada działania

AMOLED to OLED wyposażony w aktywną (A) matrycę (M). W standardowej konstrukcji OLED anoda i katoda są zbudowane z pasków usytuowanych prostopadle względem siebie. Przykładając napięcie do określonego paska anody i katody, zapalamy piksel znajdujący się na wysokości przecięcia obu elektrod.

Problem adresowania piksela jest rozwiązany inaczej: zamiast paskowanych elektrod mamy przy anodzie dodatkową siatkę tranzystorów cienkowarstwowych (TFT). Ich stan decyduje o współrzędnych piksela, którego dotyczy napięcie aktualnie podawane do elektrod. AMOLED-y zużywają mniej energii od OLED-ów pasywnych, bo siatka TFT pobiera jej mniej niż system sterowania przez popaskowane elektrody.

Ta oszczędność jest szczególnie cenna w większych wyświetlaczach. Następna zaleta AMOLED-ów to szybsze odświeżanie. Ta cecha jest ważna podczas wyświetlania filmów. Najlepiej cechy AMOLED-ów zostaną wykorzystane w monitorach