Компьютерные мониторы на плоских панелях

Тема: Компьютерные мониторы на плоских панелях
  
 
Оглавление
1. Введение 3
2. Технология жидкокристаллических мониторов (LCD) 4
2.1 Введение 4
2.2 ЖК – матрицы 4
2.3 Как работает ЖК монитор 6
2.4 Основные принципы работы ЖК монитора 7
2.5 Жидкие кристаллы 8
2.6 TN+Film (скрученный кристалл + пленка) 9
2.7 IPS (In-Pane Switching или Super-TFT) 10
3. Альтернатива ЖК – мониторам 13
3.1 PDP. Плазменные экранные матрицы 13
3.2 LEP. Светоизлучающие пластики 13
3.3 Технология OLED 15
4. Достоинства и недостатки ЖК-мониторов 21
5. Используемые ресурсы 24
 
1. Введение
Плоскими панелями называют современные ЖК-мониторы. По сравнению с мониторами на электроннолучевой трубке, жидкокристаллические мониторы обладают совершенно иным стилем. В традиционных электроннолучевых мониторах формообразующим фактором был кинескоп. Его размер и форму нельзя было изменять. В ЖК мониторах кинескопа нет, поэтому можно производить мониторы любой формы.
Сравните 15-дюймовый ЭЛТ-монитор весом 15 кг с жидкокристаллической панелью глубиной (вместе с подставкой) менее 15 см и весом 5-6 кг. Преимущества таких мониторов понятны. Они не такие громоздкие, не имеют проблем с фокусировкой, а их четкость облегчает работу на высоких разрешениях экрана, пусть даже его размер не так велик. Например, даже 17-дюймовый жидкокристаллический монитор прекрасно показывает в разрешении 1280х1024, тогда как даже для 18-дюймовых ЭЛТ-мониторов это предел. К тому же, в отличие от ЭЛТ-мониторов, большинство ЖК - цифровые. Это означает, что графической карте с цифровым выходом не придется производить цифроаналоговые преобразования, какие она производит в случае с ЭЛТ-монитором. Теоретически, это позволяет более тщательно передавать информацию о цвете и о местоположении пикселя. В то же время, если подключать ЖК монитор к стандартному аналоговому VGA выходу, придется проводить аналого-цифровые преобразования (ведь ЖК-панели - это цифровые устройства). При этом могут возникнуть различные нежелательные артефакты. Теперь, когда приняты соответствующие стандарты и все большее количество карт обеспечивается цифровыми выходами, ситуация значительно упростится. 
 
2. Технология жидкокристаллических мониторов (LCD)
2.1 Введение
Первый рабочий жидкокристаллический дисплей был создан Фергесоном  (Fergason) в 1970 году. До этого жидкокристаллические устройства потребляли слишком много энергии, срок их службы был ограничен, а контраст изображения был удручающим. На суд общественности новый ЖК-дисплей был представлен в 1971 году и тогда он получил горячее одобрение. Жидкие кристаллы (Liquid Crystal) - это органические вещества, способные под напряжением изменять величину пропускаемого света. Жидкокристаллический монитор представляет собой две стеклянных или пластиковых пластины, между которыми находится суспензия. Кристаллы в этой суспензии расположены параллельно по отношению друг к другу, тем самым они позволяют свету проникать через панель. При подаче электрического тока расположение кристаллов изменяется, и они начинают препятствовать прохождению света. ЖК технология получила широкое распространение в компьютерах и в проекционном оборудовании.
Можно заметить, что первые жидкие кристаллы отличались своей нестабильностью и были мало пригодными к массовому производству. Реальное развитие ЖК технологии началось с изобретением английскими учеными стабильного жидкого кристалла - бифенила (Biphenyl). Жидкокристаллические дисплеи первого поколения можно наблюдать в калькуляторах, электронных играх и в часах.
2.2 ЖК – матрицы
За свою не столь долгую историю жидкокристаллические матрицы, а, следовательно, и мониторы на жидких кристаллах успели пережить смену нескольких поколений. Самыми первыми появились LCD-мониторы с так называемой пассивной матрицей, активно использовавших технологию STN (Super Twisted Nematic), которая увеличивала угол кручения молекул внутри матрицы монитора до 270°, повышая тем самым общую контрастность изображения. Пассивные мониторы подразумевали наличие обособленных электродов, каждый их которых отвечал за формирование отдельного пиксела изображения независимо от других, т.е. подсветка осуществлялась попиксельно. Сам термин "пассивная" указывал на то, что электроемкость каждой ячейки требовала определенного времени на смену напряжения, что в результате приводило к тому, что все изображения перерисовывалось довольно долго, буквально строка за строкой. Таким образом, на пассивных матрицах еще можно было работать в офисных программах, в то время, как динамическое изображение казалось заторможенными. Кроме того, электроды довольно часто интерферировали друг с другом, создавая тем самым некрасивые разводы.
В последствии на смену пришла технология двойного сканирования, которая заключалась в следующем. Вся активная область экрана разделялась на две части. Таким образом, прорисовывание изображения происходило параллельно в обеих частях. Как следствие, частота обновления удваивается, а смазанность и дрожь практически исчезает. Сегодня еще можно встретить портативные компьютеры, использующие матрицы двойного сканирования. Однако, мониторы для персональных компьютеров изготавливаются уже по другим принципам.
Более дорогой, чем в случае с двойным сканированием, но, соответственно, и более качественный способ отображения экрана на жидкокристаллический монитор - это применение так называемых активных матриц. В этом случае также действует принцип один электрод - одна ячейка, однако каждый пиксел экрана обслуживает еще и дополнительный элемент, который, во-первых, снижает время, уходящее на смену напряжения на электроде (практически в шесть раз по сравнению с пассивной матрицей), а, во-вторых, устраняет опасность взаимодействия соседних ячеек друг с другом. В результате повышаются практически все параметры изображения - четкость, яркость и скорость перерисовки. Благодаря прикрепленному к каждой ячейке транзистору матрица "помнит" состояние всех элементов экрана, и сбрасывает его только в момент получения команды на обновление. Кроме того, увеличивается угол обзора, что в свое время было большой проблемой: при отклонении головы пользователя от перпендикулярного по отношению к монитору состояния изображения начинало тухнуть и смазываться.
 Существует два вида ЖК мониторов: DSTN (dual-scan twisted nematic - кристаллические экраны с двойным сканированием) и TFT (thin film transistor - на тонкопленочных транзисторах), также их называют соответственно пассивными и активными матрицами. Такие мониторы состоят из следующих слоев: поляризующего фильтра, стеклянного слоя, электрода, слоя управления, жидких кристаллов, ещё одного слоя управления, электрода, слоя стекла и поляризующего фильтра.
 
В первых компьютерах использовались восьмидюймовые (по диагонали) пассивные черно-белые матрицы. С переходом на технологию активных матриц, размер экрана вырос. Практически все современные ЖК мониторы используют панели на тонкопленочных транзисторах, обеспечивающих яркое, четкое изображение значительно большего размера.
 
2.3 Как работает ЖК монитор
Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойный бутерброд. Крайний слой любой из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспечивающая нужный цвет - красный, синий или зеленый, и слой жидких кристаллов. Вдобавок ко всему существует флуоресцентная подсветка, освещающая экран изнутри.
 
При нормальных условиях, когда нет электрического заряда, жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии. В этом состоянии жидкие кристаллы пропускают свет. Количеством света, проходящего через жидкие кристаллы, можно управлять с помощью электрических зарядов - при этом изменяется ориентация кристаллов.
Как и в традиционных электроннолучевых трубках, пиксель формируется из трех участков - красного, зеленого и синего. А различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту кристалла и изменению яркости проходящего светового потока).
TFT экран состоит из целой сетки таких пикселей, где работой каждого цветового участка каждого пикселя управляет отдельный транзистор. Именно здесь стоит поговорить о разрешении. Для нормального обеспечения экранного разрешения 1024х768 (режим SVGA) монитор должен располагать именно таким количеством пикселей.
 
2.4 Основные принципы работы ЖК монитора
В ЖК мониторах реализовано три различных технологии использования жидких кристаллов - TN+film, IPS и MVA. Но независимо от используемой технологии, все ЖК мониторы опираются на одинаковые фундаментальные принципы работы.
Одна или более неоновых ламп создают подсветку для освещения дисплея. Число ламп мало в дешевых моделях, в дорогих же используется до четырех. На самом деле использование двух (или больше) неоновых ламп не улучшает качество изображения. Просто вторая лампа служит для обеспечения отказоустойчивости монитора при поломке первой. Таким образом, продляется жизнь монитора, поскольку неоновая лампа может работать только 50 000 часов, в то время как электроника способна выдержать от 100 000 до 150 000 часов.
 
Для обеспечения однообразности свечения монитора, свет проходит через систему отражателей перед попаданием на панель. ЖК панель, на самом деле – крайне сложно устройство, хотя это и не заметно с первого взгляда. Панель – это сложное устройство со многими слоями. Отметим два слоя поляризаторов, электроды, кристаллы, цветовые фильтры, пленочные транзисторы и т.д. В 15'' мониторе существует 1024 x 768 x 3 = 2 359 296 субпикселя. Каждая субпиксель управляется транзистором, выдающим свое собственное напряжение. Это напряжение может сильно варьироваться, оно заставляет жидкие кристаллы в каждом субпикселе поворачиваться на определенный угол. Угол поворота определяет количества света, которое проходит через субпиксель. В свою очередь, прошедший свет формирует изображение на панели. Кристалл фактически поворачивает ось поляризации световой волны, поскольку перед попаданием на дисплей волна проходит через поляризатор. Если ось поляризации волны и ось поляризатора совпадают, свет проходит через поляризатор. Если они перпендикулярны, свет не проходит.
 
2.5 Жидкие кристаллы
Жидкие кристаллы – это вещество, которое обладает свойствами как жидкости, так и твердого тела. Одно из самых важных свойств жидких кристаллов (именно оно используется в ЖК дисплеях) – возможность изменять свою ориентацию в пространстве в зависимости от прикладываемого напряжения.
 
Давайте немного углубимся в историю жидких кристаллов, поскольку она весьма интересна. Как обычно и происходит в науке, жидкие кристаллы были открыты случайно. В 1888 году Фридрих Рейнзер (Friedrich Reinitzer), австрийский ботаник, изучал роль холестерина в растениях. Один из экспериментов заключался в нагреве материала. Ученый обнаружил, что кристаллы становятся мутными и текут при 145,5°, а далее кристаллы превращаются в жидкость при 178,5°. Фридрих поделился открытием с Отто Леманном (Otto Lehmann), немецким физиком, который обнаружил у жидкости свойства кристалла в отношении реакции на свет. С тех пор и пошло название "жидкие кристаллы".
 
молекула, обладающая свойствами кристалла – метоксибензидин бутиланалин (methoxybenzilidene butylanaline)
 
2.6 TN+Film (скрученный кристалл + пленка)
TN+film – самая простая технология, поскольку она основана на все тех же скрученных кристаллах. Скрученным кристаллам насчитываются годы – они используются в большинстве TFT панелей, проданных за прошедшие несколько лет. Для улучшения удобочитаемости изображения был добавлен пленочный слой, увеличивающий угол обзора от 90° до 150°. К сожалению, пленка не влияет на уровень контрастности или время реакции, которые остаются плохими.
Итак, по крайней мере, в теории, дисплеи TN+film являются самыми дешевыми, бюджетными решениями. Процесс их производства мало чем отличается от изготовления предыдущих панелей на скрученных кристаллах. Сегодня не существует более дешевых решений, чем TN+film.
Вкратце остановимся на принципе работы: если транзистор прикладывает нулевое напряжение к субпикселям, то жидкие кристаллы (а, соответственно, и ось поляризованного света, проходящего сквозь них) поворачиваются на 90° (от задней стенки к передней). Поскольку ось фильтра-поляризатора на второй панели отличается от первого на 90°, свет будет через него проходить. Если полностью задействовать красный, зеленый и синий подпиксели, вместе они создадут белую точку на экране.
Если же применить напряжение, в нашем случае поле между двумя электродами, то оно уничтожит спиралевидную структуру кристалла. Молекулы выстроятся в направлении электрического поля. В нашем примере они станут перпендикулярны подложке. В данном положении свет не может пройти через субпиксели. Белая точка превращается в черную.
У дисплея на скрученных кристаллах существует ряд недостатков.
Во-первых, инженеры уже очень долгое время борются за то, чтобы заставить жидкие кристаллы выстраиваться строго перпендикулярно подложке при включении напряжения. Именно по этой причине старые ЖК дисплеи не могли отображать четкий черный цвет.
Во-вторых, если транзистор перегорает, он более не может прикладывать напряжение к своим трем субпикселям. Это важно, поскольку нулевое напряжение означает яркую точку на экране. По этой причине «мертвые» ЖК пиксели очень яркие и заметные.
Что касается 15'' мониторов, то для них разработана только одна технология на смену TN+film – MVA (про нее чуть позже). Эта технология дороже TN+film, зато она превосходит TN+film почти по всем позициям ("почти", поскольку в ряде случаев TN+film работает лучше MVA).
 
В панелях TN+film жидкие кристаллы выстраиваются перпендикулярно подложке. Слово «пленка» в названии произошло от дополнительного слоя, служащего для увеличения угла обзора.
 
2.7 IPS (In-Pane Switching или Super-TFT)
Технология IPS была разработана Hitachi и NEC. Она стала одной из первых ЖК технологий, призванных сгладить недостатки TN+film. Но, несмотря на расширения угла обзора до 170°, остальные функции не сдвинулись с места. Время реакции этих дисплеев изменяется от 50 до 60 мс, а отображение цветов – посредственное.
Если к IPS не прикладывается напряжение, то жидкие кристаллы не поворачиваются. Ось поляризации второго фильтра всегда перпендикулярна оси первого, так что свет в такой ситуации не проходит. Экран демонстрирует практически безупречный черный цвет. Так что в этой области IPS имеет явное преимущество перед TN+film дисплеями – если сгорает транзистор, то «мертвый» пиксель будет не ярким, а черным. Когда на субпиксели подается напряжение, два электрода создают электрическое поле и заставляют кристаллы поворачиваться перпендикулярно их предыдущей позиции. После чего свет может проходить.
Самое плохое, что создание электрического поля в системе с подобным расположением электродов потребляет большое количество энергии, но что еще хуже, для выстраивания кристаллов необходимо некоторое время. По этой причине IPS мониторы зачастую, если не всегда, имеют большее время реакции по сравнению с TN+film собратьями.
С другой же стороны, точное выстраивание кристаллов улучшает угол обзора.
 
Если приложено напряжение, молекулы выстраиваются
параллельно подложке.
 
2.8 MVA (Multi-Domain Vertical Alignment)
Некоторые производители предпочитают использовать MVA, технологию, разработанную Fujitsu. Как они считают, MVA обеспечивает лучший компромисс практически во всем. И вертикальный, и горизонтальный угол обзора составляют 160°; время реакции в два раза меньше, чем у IPS и TN+film – 25 мс; цвета отображаются намного более точно. Но почему же если MVA имеет столько много преимуществ, она не используется повсеместно? Дело в том, что теория не так хороша на практике.
Сама технология MVA развилась из VA, представленной Fujitsu в 1996 году. В такой системе кристаллы без подачи напряжения выстроены вертикально по отношению ко второму фильтру. Таким образом, свет не может проходить через них. Как только к ним будет приложено напряжение, кристаллы поворачиваются на 90°, пропуская свет и создавая на экране яркое пятно.
 
Преимуществами такой системы являются скорость и отсутствие как спиралевидной структуры, так и двойного магнитного поля. Благодаря этому время реакции уменьшилось до 25 мс. Здесь также можно выделить преимущество, которое мы уже упоминали в IPS – очень хороший черный цвет. Главное же проблемой системы VA явилось искажение оттенков при просмотре экрана под углом. Если вывести на экран пиксель какого-либо оттенка, к примеру, светло-красный, то к транзистору будет приложено половинное напряжение. При этом кристаллы повернутся только наполовину. Спереди экрана вы увидите светло-красный цвет. Однако если вы посмотрите на экран сбоку, то в одном случае вы будете смотреть вдоль направления кристаллов, а в другом – поперек. То есть с одной стороны вы увидите чистый красный цвет, а с другой – чистый черный цвет.
 
Так что компания пришла к необходимости решения проблемы искажения оттенков и годом позже появилась технология MVA.
На этот раз каждый субпиксель был разделен на несколько зон. Фильтры-поляризаторы также приобрели более сложную структуру, с бугоркообразными электродами. Кристаллы каждой зоны выстраиваются в своем направлении, перпендикулярно электродам. Задачей такой технологии было создание необходимого количества зон, чтобы пользователь всегда видел только одну зону, неважно с какой точки экрана он смотрит.
 
 
3. Альтернатива ЖК – мониторам
3.1 PDP. Плазменные экранные матрицы
Прообразом для создания плазменных экранных матриц (Plasma Display Panels) стали самые обычные лампы дневного освещения. Плазменные мониторы состоят из полой стеклянной панели, заполненной газом. На поверхность внутренней стороны стенок выведены микроскопические электроды, образующие две симметричные матрицы, а снаружи эта конструкция покрыта слоем люминофора. Когда на контакты подается ток, между ними возникает крошечный разряд, который заставляет светиться (в ультрафиолетовой части спектра) располагающиеся рядом молекулы газа. Следствием этого является освещение участка люминофора, как это происходит в обычных ЭЛТ-мониторах.
Основные плюсы этой технологии это: во-первых, плазменные мониторы выгодно отличаются от своих конкурентов высокой яркостью и контрастностью изображения; во-вторых, в их габаритах составляющая толщины представляет собой ничтожно малую долю. Основные минусы, не позволяющие использовать эту технологию для производства мониторов, это низкая разрешающая способность и крайне высокая энергоемкость. Кроме того, стоимость таких устройств является заоблачной для массового пользователя. Да и проблемы с цветопередачей для PDP также актуальны, как и для всех прочих решений, отличных от ЭЛТ. Впрочем, сегодня еще рано судить о том, какая из существующих технологий придет на смену ЭЛТ. При современных темпах разработок и внедрения ответ на этот вопрос мы должны получить в течение ближайших трех лет.
3.2 LEP. Светоизлучающие пластики
Иная альтернатива развития мониторов, не связанная с существующими наработками - технология изготовления и использования дисплеев на основе так называемых светоизлучающих пластиков.
 
первый монитор, построенный по технологии LEP
Светоизлучающие пластики (Light Emission Plastics) - сложные полимеры с рядом интересных свойств. Вообще-то, использование пластических полимерных материалов в качестве полупроводников началось уже довольно давно, и встретить их можно в самых различных отраслях техники, в том числе и в бытовой электронике, включая персональные компьютеры. Однако некоторые представители этого семейства обладали и довольно необычным свойством - способностью эмитировать фотоны под воздействием электрического тока, то есть светиться.
 

 
технология LEP позволяет довести обзорность до 1800
Поначалу КПД полимерных светильников был крайне низким, и соотношение излучаемого света к затраченному потоку электронов измерялось долями процента. Но в последнее время компания Cambridge Display Technology существенно продвинулась в разработке светоизлучающего пластика и повысила эффективность этих материалов в сотни раз. Сейчас с уверенностью можно сказать, что LEP сравнились по своей функциональности с привычными светодиодами. Поэтому на повестку дня стал вопрос об их практическом применении.
 
кусочек светоизлучающего пластика
LEP необычайно просты и дешевы в производстве. В принципе, LEP-дисплей представляет собой многослойный набор тончайших полимерных пленок. Даже по сравнению с экранами на жидких кристаллах пластиковые мониторы кажутся совсем тонкими - всего пары миллиметров вполне достаточно для воспроизводства на них качественного изображения. По многим же параметрам светоизлучающие пластики превосходят всех своих конкурентов. Они не подвержены инверсионным эффектам, что позволяет менять картинку на таком дисплее с очень высокой частотой. Для работы LEP расходуют электрический ток слабого напряжения, да и вообще отличаются низкой электроемкостью. Кроме того, то, что пластик сам излучает, а не использует отраженный или прямой поток от другого источника, позволяет забыть о тех проблемах, с которыми сталкиваются производители мониторов на жидких кристаллах, в частности - ограниченного угла обзора. Конечно, не обошли эту еще молодую технологию и свои специфические проблемы, такие, например, как ограниченный срок службы полимерных матриц, который сегодня намного меньше, чем у электронных трубок и ЖК-дисплеев. Другая проблема касается воспроизведения светоизлучающим пластиком цветных изображений.
 
3.3 Технология OLED
Уже в самом названии OLED (Organic Light Emitting Diode) содержатся два кардинальных отличия от LCD технологии - "органический" и "светоизлучающий". Стоит поподробнее остановиться на каждом из этих двух пунктов, чтобы понять, почему эта технология столь интересна и почему именно она оказалась следующим этапом после LCD.
   
OLED      LSD
Начиная с 60-х годов, микроэлектроника основывается исключительно на неорганических материалах: кремний, германий, арсенид галлия, металлические проводники из алюминия или меди, различные диэлектрики, типа того же диоксида кремния. Здесь все уже отточено от и до, расписано на десять лет вперед, и все всем известно. Тем не менее, все это время не прекращалась исследовательская работа по органическим материалам - полимерам и олигомерам, а также гибридным органическим-неорганическим соединениям. По всему спектру параметров: проводимость, полупроводниковые качества, светоизлучение. Не говоря уже о том, что органика обладает рядом интересных качеств, вроде более мягких требований к температуре окружающей среды, зачастую выдающейся гибкостью, и т.д., что открывает перед производителями электронных устройств ряд совершенно новых применений.
Впрочем, можно возразить, что органические материалы используются даже в производстве центральных процессоров в течение последних лет, и, в какой-то мере, это действительно будет справедливым: проводящие органические соединения используются в упаковке процессоров, для Intel - начиная еще с OLGA (Organic Land Grid Array), да и в литографии, в качестве фоторезистивных материалов. Имеются небезуспешные опыты использования их в качестве диэлектриков. Но это все не вспомогательные функции - транзисторы, диоды, конденсаторы: там вы органики сегодня не увидите.
Однако, с ростом проблем, встающих сегодня перед традиционной неорганической микроэлектроникой, часть из которых уже описана в нашем обзоре современных техпроцессов, вероятность того, что производители начнут обращать все больше внимания на органику, становится все выше и выше.
Однако, если начать вдаваться в подробности, то на это спокойно может уйти две-три статьи, а сейчас нас больше интересует один конкретный аспект таких материалов, а именно - тех, что обладают светоизлучающими свойствами. Пионером в их исследовании стал Eastman Kodak, чьи ученые, Chin Tang и Steve VanSlyke, еще в 1987 году издали статью "Organic electroluminiscent diodes", описывающую новый класс тонкопленочных устройств на базе органических материалов, обладающих электролюминисцентными качествами, заметно превосходящими все, что было создано в этой области ранее.
Впервые предложенная Kodak схема с двумя слоями органики между электродами вместо одного и сегодня остается основным вариантом, используемым для создания OLED устройств. Вот как она выглядела в оригинале, со стороны зрителя, слой за слоем. Естественно, все закрыто стеклом, покрытым со стороны OLED тончайшим слоем indium-tin-oxid, выступающим в роли анода. Непосредственно к нему прилегает первый органический слой, порядка 750 ангстрем (75 нм) ароматического диамина, следом идет основной, светоизлучающий слой из пленки, состоящей из соединения, принадлежащего к классу fluoriscent metal chelate комплексов. Например, 8-hydroxyquinoline aluminium. И, наконец, последним слоем в этом сэндвиче является катод, состоящий из смеси магния с серебром с атомным соотношением 10:1. Вся эта система имеет толщину менее 500 нм, вместе с задней подсветкой, каковой она, помимо всего прочего, сама и является!
При прохождении тока напряжением от 2.5 В, базовый слой начинает излучать фотоны, чей поток становится все более интенсивным по мере увеличения силы тока, усиливаясь практически линейно, и позволяя при напряжении менее 10 В получить яркость более 1000 Кд на квадратный метр, что минимум в два раза превышает соответствующий показатель сегодняшних LCD экранов (максимум же - свыше 100 000 Кд на квадратный метр). Пик интенсивности спектра приходится на 550 нм длину волны, что соответствует зеленому цвету.
 
Естественно, кроме явных плюсов, были и минусы. Тут и долговечность, точнее, ее отсутствие - в первоначальных опытах светимость при постоянном напряжении падала вдвое уже после 100 часов непрерывной работы, и проблемы с отдельными участками спектра, в частности, с голубым. Тем не менее, прорыв был очевиден, учитывая, что до этого для получения более-менее нормальной светимости требовалось напряжение порядка 100 В.
К решению оставшихся проблем присоединилось множество фирм (на сегодняшний день OLED занимаются порядка восьми десятков компаний и университетов), и большинство из них в той или иной мере сегодня уже можно считать решенными. Новые OLED материалы представляют из себя куда более сложные комбинации веществ, чем это было на заре их истории. Новые химические формулы базовых слоев, отдельные обогащающие добавки, отвечающие каждая за свою часть спектра - красную, синюю, зеленую...
Успехи более чем впечатляют: хотя в синем спектре последние перспективные OLED материалы и остаются наименее долговечными, тем не менее, даже в условиях синей светимости их срок жизни достигает до 10 тысяч часов. Красный и зеленый цвета дают до 40 тысяч, универсальный белый - 20 тысяч часов. Уже прилично, учитывая, что для тех же цифровых камер, к примеру, среднее время жизни экрана считается нормальным от 1000 часов. К тому же в коммерческих продуктах речь очевидно будет идти о классической схеме используемой в LCD, когда экран состоит из сплошных белых OLED излучателей, с цветными фильтрами, отвечающими за придание цвета конкретным пикселам. Но все же здесь еще есть над чем серьезно поработать.
Ко всему прочему, новые основные материалы значительно повышают и физические параметры OLED. В частности, повышая верхнюю планку диапазона рабочих температур более чем до 100 градусов по Цельсию, с прицелом на использование в автомобильной электронике и тому подобных устройствах.
Как в традиционных CRT экранах, OLED экран представляет из себя матрицу состоящую из комбинаций ячеек трех основных цветов - красного, синего, зеленого. В соответствии от того, какой цвет от него требуется - регулируется уровень напряжения на каждой из ячеек матрицы в результате чего смешением трех получившихся оттенков и получается требуемый результат. Схема до боли знакомая и привычная, но по видимому до сих пор ничего более простого и эффективного так и не придумано.
В своем развитии, OLED экраны полностью повторяют путь пройденный их предшественниками, LCD также поначалу четко делился на экраны с пассивной и активной матрицей, но потом, по мере совершенствования технологий, пассивная матрица осталась лишь в узком классе устройств с небольшой диагональю, где просто-напросто не требуется качественное изображение. OLED экраны также начали с пассивных матриц, которые прекрасно подходят, например, для экранов автомагнитол или дешевых сотовых телефонов.

Такая матрица представляет из себя простейший двухмерный массив пикселов в виде пересекающихся строк и колонок. Каждое такое пересечение является OLED диодом. Чтобы подсветить его, управляющие сигналы подаются на соответствующие строку и колонку. Чем больше подано напряжение, тем ярче будет светимость пиксела. Напряжение требуется достаточно высокое, вдобавок, подобная схема не позволяет создавать эффективные экраны, состоящие более чем из миллиона пикселов. Когда у первых ноутбуков курсор мыши, двигающийся по экрану, оставлял за собой длинный, угасающий след - вот это и есть пример пассивной матрицы.
Весьма схожи между собой у LCD и OLED принципы работы активной матрицы. Все тот же двухмерный массив из пересекающихся колонок и линий, но на сей раз каждое из их пересечений представляет из себя не только светоизлучающий элемент, жидкокристаллическую ячейку или OLED диод, но и управляющий им транзистор. Управляющий сигнал посылается уже на него, он запоминает какой уровень светимости от ячейки требуется и пока не будет дана другая команда будет исправно поддерживать этот уровень тока. И напряжение в этом случае требуется куда ниже и ячейка куда быстрее реагирует на изменение ситуации.
Понятно, что транзисторы здесь требуются не совсем обычные - они должны лечь еще одним ровным тонким слоем на все это хозяйство. Исходя из этой задачи и появился новый класс устройств - тонкопленочные транзисторы - TFT. Естественно, что как и их старшие собратья делались они из сугубо неорганических материалов, а именно - из того же привычного кремния. Немного другого разумеется: hydrogenated amorphous silicon, за счет своей физической структуры более медленного чем привычный нам по чипам однокристальный кремний, но - тут уж ничего не сделаешь. Максимум, что еще применяют для высококачественных активных матриц - это транзисторы на базе поликристального кремния.
Все это по своим механическим качествам конечно лучше чем однокристальный кремний, но все же: Идеал наступит тогда, когда до ума доведут еще одно свойство органических веществ о котором упоминалось выше - их способность образовывать полупроводниковые структуры. Хотя конечно вряд ли в обозримом будущем подобный прорыв светит для чистой органики - уж очень она медленная. Но вот органические-неорганические гибридные соединения на эту роль уже начинают претендовать. И вот это будет уже совсем другой разговор: спереди, вместо стекла - прозрачный пластик сзади вместо кварцевого субстрата характерного для кремниевых транзисторов - транзисторы органические, которые хоть на бумаге можно печатать. Благо, что их можно действительно печатать, в отличие от того же аморфного кремния, который осаживается на поверхность при 360 градусах по Цельсию. Впрочем, о будущем мы все же поговорим чуть-чуть попозже.
Так вот, свое наступление на рынок OLED экраны начали с пассивных матриц диагональю в пару дюймов и соответствующей направленностью. Разрешение мизерное, цветовая гамма близка к нулю: Не самый плохой вариант между прочим, учитывая, что в большинстве экранов подобных размеров ничего большего просто и не требуется. Вспомните какой-нибудь пульт управления кондиционером или музыкальным центром, да даже экран автомагнитолы, в конце-концов - у изображения там чисто утилитарные задачи, в подавляющем большинстве случаев дело сводится к отображению текста, но даже когда и используется графика - то это простенькие пиктограммы в пару цветов. В общем, тот случай когда лишние навороты соответствующим образом отражающиеся на цене попросту не требуются, а вот некоторые качества OLED, вроде повышенной яркости или насыщенных цветов, могут оказаться именно тем что надо. И не больше.
Впрочем, человек - существо которому любой степени совершенства будет мало, а даже если и достаточно, то продавцы которым требуется продавать свою продукцию ему объяснят, что на достигнутом успокаиваться не стоит. Так что размеры экранов в набирающих все большую и большую популярность портативных устройствах неуклонно увеличиваются, а разрешение их и цветность - столь же неуклонно растут. Причем - при одновременном снижении цены!
В результате, одновременно с распространением своего влияния на традиционные рынки где используются небольшие плоские экраны, OLED становится идеальным кандидатом для вновь появляющихся устройств. Впрочем, в Tablet PC по прежнему пока используется LCD, но можно смело предполагать, что со временем его там заменит OLED: ведь его применение позволит весьма серьезно снизить толщину, вес, и энергопотребление этих устройств, что для них весьма критично, а то, что OLED не стал использоваться в них сразу - дело даже не столько в его технических параметрах, сколько в том, что ему все же требуется еще год-другой, чтобы начался массовый выпуск и соответствующее падение цен.
Что же касается новых классов устройств, то OLED экраны вполне могут возродить такую незаслуженно забытую вещь, как шлемы виртуальной реальности. В свое время они оказались слишком дорогими, тяжелыми и со слишком маленьким разрешением, а также вообще не слишком блестящим качеством изображения. Новая технология позволит преодолеть если не все, то большинство из этих проблем. (Разве что по поводу цены нельзя дать однозначного ответа, но она будет падать). Более того, для микроэкранов носимых экранов предназначенных для просмотра "на просвет", когда информация проецируется на окружающий мир залитый солнечным светом, позволяя видеть и ее и все вокруг OLED может стать просто незаменимым, учитывая требования по яркости, измеряемые в тысячах Кд/кв. м.
Еще одним классом устройств, являющихся несомненными кандидатами на роль безоговорочных поклонников OLED, являются современные мобильные телефоны, в функции которых входит работа с изображениями (т.е. - GPRS и 3G). Сравнивать качество фотографии на маленьком LCD экране и его OLED аналоге попросту бессмысленно даже на сегодняшних OLED матрицах, использующих по сути лишь первое поколение светоизлучающей органики. Потому и демонстрируются производителями телефонов модели с OLED экранами, а производители этих экранов, совсем недавно вообще не имевшие в своем ассортименте подобное направление только на этот год планируют объемы продаж в миллионах штук.
Впрочем это все - лишь эволюция уже существующих сегодня применений плоских экранов, тогда как OLED имеет потенциал и для революционных изменений в этой сфере. Да, сегодня OLED экраны производятся на подложке из кремния, причем зачастую из кристаллического, для обеспечения требуемой производительности соединений, отвечающих за управление матрицей. Но производительность органических транзисторов постоянно растет и вот уже некоторые компании ведущие разработки в области OLED экранов, заявляют о своей долговременной ориентации исключительно на гибкие пластиковые экраны.
Хотя пока, более актуальным остается вопрос по тому, что продается в настоящее время: плоскопанельные компьютерные мониторы. Благо что OLED, уже фактически, достиг той стадии когда он может вторгнуться и на этот рынок. Своеобразным прорывом стал продемонстрированный International Display Technology (IDTech), являющейся совместным предприятием между японской IBM и крупнейшим тайваньским производителем мониторов Chi Mai прототип 20'' полноцветного монитора на базе OLED.
Компания особо подчеркивает тот факт, что ей удалось создать матрицу с управляющими структурами на базе аморфного, а не поликристаллического кремния - во-первых, относительно дешевого, по крайней мере по сравнению с поликристаллическим и уж тем более однокристальным кремнием, а во-вторых, широко использующегося сегодня при производстве LCD экранов, что дает возможность воспользоваться уже имеющимися линиями по их производству, а следовательно добиться, чтобы цена OLED экранов была примерно того же порядка.
Некоторые плюсы очевидны уже сегодня: это и энергопотребление, составляющее всего 25 Вт при светимости в 300 Кд/кв. м и цветопередача превосходящая по своему уровню качества даже некоторые CRT мониторы, не говоря уже о LCD. Единственный факт, по которому прототип серьезно отстает от выпускающихся сегодня LCD экранов - это, конечно, разрешение матрицы: 1280х768 пикселов для 20'' диагонали явно маловато.
Тем не менее, радует сам факт достижения подобных размеров, пусть даже на уровне прототипов - ведь совсем недавно еще подобная диагональ была чем-то совершенно фантастическим. А сегодня - уже прототип и Chi Mei у которой уже в следующем году будет возможность производить такие матрицы в коммерческих объемах. Впрочем одна Chi Mei с неизвестно какими производственными мощностями выделенными под такое дело - еще не показатель, а вот то что в следующем году сразу несколько крупных производителей будут в состоянии производить 15-17'' OLED экраны - это уже куда более обнадеживающий факт. Хотя быть в состоянии и мочь - это все же несколько разные вещи.
Да и впрочем таких монстров сегодня все же немного: Samsung SDI теоретически способный делать 15'' экраны с разрешением 1024 х 768, совместное предприятие Sanyo и Kodak, с экраном в 15'' и разрешением 1280х720, совместное предприятие Toshiba и Matsushita с 17'' матрицей с разрешением 1240х768 и наконец пресловутая ID Tech (читай - Chi Mei и IBM) с 20'' экраном, с физическим разрешением 1280х768 пикселов. Пока что чисто с потребительской точки зрения одним из наиболее привлекательных выглядит экран от Samsung, обладающий наивысшим разрешением среди представленных вариантов. К тому же, со вполне привычным соотношением диагональ/разрешение для пользователей компьютерных мониторов. В общем - прямо хоть сейчас на стол.
Тем не менее, в практическом смысле, компании мало чем есть похвастаться- не отмечается даже публично продемонстрированных прототипов. Впрочем, в какой-то мере это и понятно, учитывая, что всерьез OLED Samsung начал заниматься лишь в 2000 году, запустив так называемый "i-Project" и то пока - больше в приложении к мобильным телефонам, с экранами в 1.5-2''.
А в феврале этого года Samsung стал сотрудничать с Vitex Systems, известной своей фирменной технологией Vacuum Polymer Technology (VPT). То во что вкладывает деньги Samsung называется Barrier Engineering Program, но суть от этого не меняется - задачей является разработка методов защиты субстрата от окисления кислородом, воздействия воды, и прочих подобных факторов, от которых обычно спасает стекло, которое многим хорошо кроме например гибкости. Вот Vitex и предлагает наносить непосредственно на OLED матрицу слой из полимеров и керамической пленки, защищающий их не хуже стекла, но в то же время, абсолютно гибкий.
Сначала неравномерный рельеф OLED экрана заливается тонким слоем жидкости-мономера, чья поверхность естественно будет являться абсолютно ровной. Потом этот мономер полимеризуется, переходя в твердое состояние, а сверху на него наносится необходимое число защитных слоев полимеров и керамики. За счет того, что их подложка доведена до абсолютно ровного состояния, защита получается весьма надежной, и все это - при общей ее толщине всего лишь не более трех микронов. Т.е. куда тоньше и легче, чем стекло.
Из интересных фактов озвученных при заключении этого соглашения Vitex, можно привести также и то, что обе компании работают над тем, чтобы выйти на рынок с полноцветными OLED экранами к концу следующего года. Которые опять же, по их словам, могут быть вдвое легче и тоньше сегодняшних LCD.
Впрочем реально, по общему мнению, до того уровня сочетания технологии и цены, когда он будет в состоянии заменить LCD мониторы, OLED дойдет лишь лет через десять, до той же поры мы будем наблюдать плавный рост диагонали - от мобильных телефонов и прочих подобных вещей, через PDA, к Tablet PC и портативным DVD проигрывателям, с диагональю дюймов в 10.
Однако, на одних компьютерных мониторах свет клином не сошелся, и параллельно будет развиваться направление пластиковых экранов. Где транзисторы, матрица и покрытие - все полностью представляет из себя царство полимеров, гибких и вездесущих, что откроет для компьютеров совершенно новые, недоступные им сегодня рынки.
К примеру, электронная газета. Лист пластика, не менее гибкого чем сегодняшний лист бумаги, со встроенной в него схемой беспроводного доступа к Internet, к последним выпускам разнообразных изданий, простая схема навигации, и конечно великолепное качество изображения, позволяющее оценить всю прелесть цветных фотоиллюстраций к статьям.
Или обои, или скажем шторы. Ведь, если не зацикливаться на способности отображать четкую информацию с высокими разрешениями, то в случае подобного применения, OLED может стать новым нетрадиционным источником равномерного освещения для помещений, заменив собой лампы под потолком, причем с регулируемыми свойствами, от оттенка света, до конкретного узора на своей поверхности. В несколько более отдаленном будущем, когда технологии позволят достичь высоких разрешений и на OLED экранах с диагональю в несколько метров, такая стена сможет с легкостью превратиться при желании в телевизор или мультифункциональное информационное устройство, позволяющее одновременно отражать как один или видеопотоков, так и относящиеся к ним данные.
 
4. Достоинства и недостатки ЖК-мониторов
    
[ + ] ПЛОСКАЯ «КАРТИНКА» БЕЗ ИСКАЖЕНИЙ. TFT-мониторы изначально имеют плоский и прямоугольный экран, изображение на котором не имеет никаких геометрических искажений. К этому производители обычных («трубочных» или CRT) мониторов стремились долгие годы, но смогли только приблизиться. TFT-модели обладают этим изначально.
На первый взгляд кажется, что «прямоугольность» и «плоскость» экрана не столь важна. Во всяком случае, пересаживаясь на более плоский монитор, как-то не замечаешь его преимуществ. Зато при обратном перемещении с «более плоского» на «менее плоский» экран понимаешь, насколько приятно работать с экраном без геометрических искажений. Причем это становится очевидным не только дизайнерам, художникам и работающим с системами автоматического проектирования, но и пользователям самых обычных офисных приложений.
[ + ] СТАБИЛЬНОСТЬ ИЗОБРАЖЕНИЯ. Это менее заметно невооруженным глазом, но существенно важнее для комфортной работы, нежели отсутствие геометрических искажений.
Изображение на CRT-мониторах мерцает (в этом можно убедиться, посмотрев в телерепортаже на экран любого монитора или телевизора). Это мерцание работающий за монитором не видит, но, тем не менее, оно создает дополнительную нагрузку на зрение, а это совсем не здраво… Хотя развитие технологий позволило увеличить частоту мерцания и тем самым снизить его вредоносное действие, целиком избавиться от последнего в рамках CRT-технологий так и не удалось. TFT-мониторы изначально не мерцают.
[ + ] МАЛОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. Влияние электромагнитных излучений монитора на оператора слабо изучено. Одно ясно, что для оператора оно не полезно и поэтому чем оно меньше, тем лучше. Излучение TFT-монитора на порядки меньше излучения любой CRT-модели и для здоровья работающего за монитором это полезно.
Однако низкий уровень электромагнитного излучения оказывается важным для некоторых применений. TFT-мониторы лучше подходят для использования в медицинских учреждениях (CRT-мониторы создают помехи работе чувствительно диагностической аппаратуре). А также TFT-модели хороши для использования в силовых структурах, так как засечь излучение от такого монитора существенно сложнее, а значит сложнее произвести дистанционное несанкционированное снятие информации.
[ + ] МАЛАЯ ЗАНИМАЕМАЯ ПЛОЩАДЬ. Теоретически TFT можно повесить на стену (как картину) и тогда он вообще не будет занимать место на рабочем столе. Эта особенность оказывается важной не только для помещений с высокой концентрацией мониторов (тех же биржевых залов), но и для конечных пользователей.
[ + ] МАЛОЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ. Это важно в малом количестве применений, разве что на каких-нибудь автономных объектах типа космических или полярных станций. Но часто для пользователей оказываются важной некоторые другие особенности TFT-мониторов, смежные с рассматриваемой, а именно:
[ + ] ВЫСОКАЯ НАДЕЖНОСТЬ. CRT-монитор использует при работе высокие напряжения, от этого сильно нагревается и, как следствие, является одной из наименее надежных составных частей компьютера. Кроме того, нагрев может привести к нестабильной работе устройства. TFT-мониторы высоких напряжений не используют, поэтому меньше греются и, как следствие, более надежны и более стабильны в работе. Это свойство TFT-мониторов приводит к существованию еще одной особенности.
[ + ] МАЛОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ ТЕПЛА. Это оказывается важным для помещений, в которых сосредоточено много мониторов (например, для биржевых залов). Проблема вентиляции стоит достаточно остро и для своего решения требует средства, сравнимые со стоимостью размещенного в них оборудования. Но об этом мы поговорим чуть позже.
Однако TFT-мониторы (как и все в этом мире) не идеальны. У них есть несколько минусов, как мнимых, так и весьма значительных. О минусах мы сейчас и поговорим.
[ — ] ВЫСОКАЯ ЦЕНА. С одной стороны, на сегодняшний день TFT-монитор более чем вдвое дороже аналогичного по размерам экрана CRT-монитора.
Низкое энергопотребление для одиночного пользователя не имеет значения, но для крупных корпораций, использующих в своих офисах сотни и тысячи компьютеров, результирующая экономия на электроэнергии оказывается более чем существенной.
Низкое тепловыделение TFT-мониторов позволяет экономить деньги на вентиляции помещений и опять-таки приводит к экономии электроэнергии. Обращаю ваше внимание, что за монитор приходится платить один раз, а получать прямую и косвенную экономию от его использования можно ежедневно. Так что тезис о высокой цене TFT-мониторов нельзя воспринимать столь однозначно. Кстати, не надо забывать и о большей надежности TFT-мониторов.
[ — ] КРИТИЧНОСТЬ К ТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМАМ РАБОТЫ. А вот от этого никуда не уйдешь. Правда, при нормальных «комнатных» условиях TFT-мониторы работают вполне устойчиво, но где-нибудь в горячих цехах или на открытом воздухе в полярных районах их использовать затруднительно.
Несложно видеть, что этот реально существующий минус технологии для подавляющего большинства пользователей никакого значения не имеет.
[ — ] НИЗКАЯ ЯРКОСТЬ ИЗОБРАЖЕНИЯ. Вот это самый серьезный недостаток TFT-мониторов на сегодняшний день. Поговорим о нем подробнее.
Яркость экрана CRT-мониторов сравнима с яркостью освещенного листа бумаги. Поэтому при переводе взгляда с экрана на окружающие объекты (а такое вольно или невольно происходит несколько раз в минуту), глазу не приходится перестраиваться.
Экраны массовых моделей TFT-мониторов на сегодняшний день имеют меньшую яркость. Это видно невооруженным глазом, если на стеллаже в торговом зале стоят рядом CRT- и TFT-мониторы, на которые подается один и тот же сигнал. В результате при длительной работе за TFT-монитором необходимость глазам перестраиваться с менее яркого экрана на более яркие окружающие объекты создает дополнительную нагрузку на зрение.
Важно понимать, что при работе с любыми текстовыми документами, будь то лист писчей бумаги, газета или изображение на мониторе, наши глаза функционируют в несвойственном им режиме и поэтому испытывают избыточные нагрузки. Меньшая яркость TFT-монитора создает только некоторое ДОПОЛНЕНИЕ к этим нагрузкам.
Сравнительная таблица

 ЖК (TFT) ЭЛТ (CRT)
Яркость (+) от 170 до 300 кд/м2 (~) от 80 до 120 кд/м2
Контрастность (-) от 150:1 до 450:1 (+) от 350:1 до 700:1
Угол обзора (~) от 90° до 170° (+) более 150°
Дефекты сведения (+) нет (~) от 0.0079 до 0.0118" (от 0.20 до 0.30 мм)
Фокусировка (+) очень хорошая (~) от приемлемой до очень хорошей
Геометрия (+) безупречна (~) возможны ошибки
"Мертвые" пиксели (-) до 8 (+) нет
Входной сигнал (+) аналоговый или цифровой (~) только аналоговый
Возможные разрешения (-) жестко фиксированное разрешение или интерполяция (+) множество
Гамма (представление цветов для человеческого глаза) (~) удовлетворительно (+) фотографическое качество
Однообразность (~) часто светлее по краям (~) часто светлее в центре
Чистота цвета, качество цвета (-) от плохого к среднему (+) очень хорошая
Мерцание (+) нет (~) незаметно при частоте обновления более 85 Гц
Подверженность влиянию магнитных полей (+) не подвержен (-) зависит от экранирования, может быть сильно подвержен
Время реакции пикселей (-) от 20 до 50 мс (+) не заметно
Энергопотребление (+) от 25 до 40  Вт (-) от 60 до 160 Вт
Габариты/вес (+) минимальны (-) большие габариты, большой вес

(+) – преимущество, (~) – средненько, (–) – недостаток
 
5. Используемые ресурсы
1. http://www.3dnews.ru
2. http://o-monitorax.com
3. http://www.digitalware.ru/
4. http://www.sciteclibrary.ru
5. http://adv.hardwarez.ru
6. http://sj1.ru/
7. http://pc-win.narod.ru