Moderní zobrazovací součástky

Transkript

1 MEZINÁRODNÍ VELETRH ELEKTROTECHNIKY, ELEKTRONIKY, AUTOMATIZACE A KOMUNIKACE Moderní zobrazovací součástky Pavel Šteffan

2 Obsah Historie dotykových obrazovek/displejů Přehled současných technologií Komerční aplikace Budoucnost Otázky a odpovědi

3 Historie AMPER Flip-Flap 1968 LED 1981 Plazma

4 Historie 1986 TFT LCD AMPER Full-color plasma 2003 OLED, AMOLED 2004 E-ink

5 Parametry Jas Svítivost Rozlišení Kontrast Doba odezvy (ms) Jemnost 306 DPI bodů/cm DPI bodů/cm 2 Poznámka: Retina displej - z rozumné vzdálenosti nelze na displeji rozpoznat jednotlivé pixely pouhým okem (9,7 /2048 x 1536; 4, x 720)

6 Parametry - rozlišení AMPER 2013

7 Parametry Kontrastní poměr (dynamický) Dynamického poměr, který udává maximální rozsah kontrastu zařízení od bílé po černou, který ovšem není možné dosáhnout v jeden okamžik, ale při různých hodnotách podsvícení obrazovky. Skutečný kontrast ECR (high ambient, effective) Neuveřejňuje se (záleží na mnoha špatně dodržitelných faktorech) ECR = 1 + (Jas / Odražené světlo)

8 Skutečný kontrast ECR Poznámka: ECR běžných novin čtených na slunci je 20:1, typická hodnota LCD notebooku je 2:1 (200nits podsvícení, odraznost 2% => ECR = 1 + (200/10000*0,02) = 2:1)

9 LCD rozdělení LCD STN TFT TN+Film IPS MVA PVA S-IPS AS-IPS IPS-PRO P-MVA A-MVA S-MVA S-PVA

10 LCD rozdělení Pasivní STN (Supertwist Nematic), Jednodušší - tvoří ji dva substráty skla, jeden tvoří sloupce a druhý řady. Elektrický náboj přivádíme k určitému bodu v určité řadě a sloupci. Aktivní TFT (Thin-Film Transistors). je tvořena tenkovrstvými tranzistory. Pomocí této metody lze přesně ovládat velikost napětí na krystalech a tím i ovládat jas displeje. Aktivní displeje TFT rozdělujeme na: TN+Film (Twisted nematic), IPS (In-Plane Switching), MVA (Multi-domain Vertical Alignment), PVA (Patterned Vertical Alignment), S-PVA (Super-PVA), S-IPS (Super-IPS).

11 TN FILM DELL axim pod mikroskopem Nejčastěji jsou vyrobeny z tenké vrstvy amorfního křemíku. Pro zvýšení výkonu je možné využít polykrystalický křemík vyšší náklady a horší reprodukovatelnost TN displeje trpí omezenými úhly, a to zejména ve svislém směru.

12 IPS (In-Plane Switching) Změna organizace a velikosti elektrod umožňuje snížit rozptyl světla v matici => lepší pozorovací úhly => věrné podání barev

13 MVA (Multi-domain Vertical Alignment)

14 LED TV LED TV (LCD televize s LED podsvícením) jedná o LCD televizory s novým marketingovým názvem Způsoby LED podsvícení RGB LED - Používají se skupiny čtyř LED (červená, modrá, dvě zelené), které jsou rozmístěny maticově po celé ploše panelu. Lze dosáhnout vyšších hodnot barevného spektra než u jiných způsobů podsvětlení. Direct LED - Opět maticové rozložení LED za panelem, ale používají se pouze bíle LED. Také lze použít funkci "local dimming" a dosáhnout vyššího kontrastu. Edge LED - bílé LED jsou umístěny pouze po okrajích panelu a pomocí sítě speciálních světlovodů s odraznými ploškami se světlo z LED rovnoměrně rozptýlí za LCD panelem.

15 Podsvícení LED x CCFL LED nižší spotřeba energie, vyšší jas Větší barevná škála (10% - 26% X 100% LED) Vyšší výrobní náklady Na rozdíl od katodových zářivek - CCFL trubic lze LED vyrábět i bez použití rtuti, ale používá se galium a arsen co je lepší?

16 Plazmová obrazovka

17 Plazmová obrazovka V roce 1936 Kálmána Tihanyi popsal princip plazmové televize. V roce 1983 představila společnost IBM 19 oranžový monochromatický displej první funkční plazmová televize. Roku 1992 jako první představila společnost Fujitsu 21 plnobarevný display. Jednalo se hybrid plazmové televize. Po dvou letech, roku 1994 Weber prokázal barevné plazmové televize v průmyslu. Společnost Panasonic začala společný projekt s Plasmaco. Historicky první plazmovou televizi uvedla na trh společnost Fujitsu již v roce Plazmová televize měla úhlopříčku 42 a tenkrát se prodávala v ceně kolem 15 tisíc $ (cca Kč).

18 Plazmová obrazovka

19 Plazmová obrazovka - funkce Střídavé napětí, AMPER 2013 napětí je udržováno těsně pod ionizační hladinou, Neon a Xeon jsou excitovány při návratu do své orbitální hladiny se uvolňuje ultrafialové záření, které způsobí excitaci atomů luminoforu => uvolnění viditelného záření Poznámka: Intenzita každého subpixelu je určována počtem a šířkou napěťových pulsů, které dostává buňka během každého snímku. Standardní metoda určuje 256 úrovní nabití pro každý subpixel, protože každý snímek je rozdělen na 8 podsnímků ovládaných 8bitovým slovem. Celá tato technologie se nazývá ADS (Address/Display Separated) a byla vyvinuta v roce 1984 společností Fujitsu.

20 Plazmová obrazovka Výhody Vynikající kontrastní poměr Vynikající pozorovací úhly kolem Jas až 1000 lx Nevýhody AMPER 2013 V tmavých scénách se barvy blízké černé slévají v jednu a přechody nejsou zdaleka plynulé, rozteč bodů okolo 0,3 mm, vyšší spotřeba, tloušťka 6 cm.

21 rozdíl v tloušťce plazmové obrazovky

22 OLED PMOLED AMOLED PHOLED TOLED WOLED FOLED SAMOLED HD SAMOLED

23 OLED OLED displeje patří posledních pár let mezi nejvýznamnější novinky zobrazovací techniky, OLED (Organic Light Emitting Diodes) Přímo generují světlo Účinnost běžně lm/w pro bílé OLED až 50 lm/w)

24 OLED - Základní vlastnosti Plně barevné displeje s přímou barevnou emisí Vysoký kontrast Velmi tenký (cca 1mm) a velmi lehký Možnost použití flexibilního pružného substrátu => ohebný displej V celku jednoduchá struktura => nízké výrobní náklady a tedy i cena Nízká spotřeba ne více než mw Výrobci displejů: Pioneer, Philips, RIT Display, Samsung-NEC-Mobile Display, Sanyo-Kodak, Sony, Samsung, Philips, Thomson, AUO (Acer-Unipac- Optronics),Chi-Mei

25 OLED - výhody Snadno zhotovitelné - v principu může potřebné prvky vytvořit na folii příslušným způsobem vybavená inkoustová tiskárna větší úhel pohledu, velmi rychlý reakční čas, menší než 1 µs hodnoty úrovně černé a kontrast jsou minimálně stejně dobré nepotřebuje nasvícení pozadí - umožňuje výrobu extrémně tenkých displejů Možnost jednoduchého provedení flexibilních (ohebných) displejů Displeje s úhlopříčkou nad 40"

26 OLED - princip Pracují na principu elektroluminiscence. Klíčový je organický materiál obsahující molekulární strukturu, známou jako luminofor (provádí emisi světla). Emise světla rekombinací excitovaných párů elektron díra, nadbytek energie je vyzářen v podobě fotonu, tj. světelného záblesku. jako polymerní luminofory se tedy používají různé deriváty materiálu PPV, obvykle poly(p-phenylene vinylene) a poly(fluorene) Anoda (první elektroda) tvořená z oxidu india dotovaného oxidem cínu (ITO) (transparentní keramický materiál za normálního stavu vodivý). Katoda (druhá elektroda) je obvykle vyrobena z kovu - nejčastěji hliníku. Problém: Buzení struktury tak, aby bylo dosaženo stejného počtu děr a elektronů. (díry se pohybují výrazně pomaleji)

27 OLED - princip AMPER 2013

28 PMOLED PMOLED - pasivních OLED displej Nejjednodušší varianta Základ tvoří mřížková matrice vzájemně překřížených vodičů. V místě křížení se vodiče připojeny k elektrodám (katodám, resp. anodám) OLED struktury a vznikají tak jednotlivé pixely. K emisi světla dojde impulsem na příslušeném řádkovém a sloupcovém vodiči Čím je větší proud impulsu, tím jasněji pixel září

29 PMOLED Pro plné zobrazení musí být každý řádkový vodič nabíjen po dobu 1/N snímkovacího času, kde N je počet řádků displeje. Příklad: dosažení jasu 100 nits (tj. 100 cd/m2) pro 100 řádkový displej, musí být pixely buzeny na úroveň jasu nits po dobu 1/100 snímkovacího času. Nutnost velkých úzkých proudových impulsů snižuje účinnost displeje: úbytky napětí na vodičích, při krátkodobých velkých intenzitách pracuje organický materiál v méně efektivní pracovní oblasti generování světla. Pasivní OLED jsou z důvodu větší spotřeby a horších zobrazovacích vlastnostech vhodné jen pro malé a nenáročné displeje do úhlopříček 2 až 3", Použití - zobrazování statických obrázků, displeje palubních počítačů, autorádií apod.

30 AMOLED AMOLED (Active-matrix OLED) aktivní struktura OLED displeje Každý pixel řízen vlastním tranzistorem (přesně řídí proud do struktury OLED) a lze tak regulovat jas Vyznačují vyšší zobrazovací frekvencí, ostřejším vykreslením obrazu, nižší spotřebou. Nevýhody - výrazně složitější struktura displeje a tedy i vyšší cena. Prakticky: pod každým pixelem je struktura dvou tranzistorů s kondenzátorem, kde jeden tranzistor řídí proud pro nabíjení a vybíjení kondenzátoru, zatímco druhý slouží jako napěťový stabilizátor, pro zajištění konstantní velikosti proudu.

31 AMOLED Prakticky: V technologii AMOLED se využívá pro propojení pixelů dvou materiálů: polykrystalický křemík (poly-si) a amorfní křemík (a-si). Zatímco dříve i dnes se více využívá poly-si z důvody vyšší vodivosti, materiál a-si se začíná uplatňovat až s PHOLED, kde velikost proudu na pixel klesá na jednotky mikroampér.

32 AMOLED shrnutí AMOLED Stárnutí organických diod Nejvíce degradují modré subpixely Amoled s PenTile mřížkou (Č-Z-M-Z-Č-Z-M) Výhodné u větších rozměrů Velmi kvalitní podání barev, vynikající čitelnost na slunci Různá účinnost pro různé barvy červené (625 nm) 20 %, zelené (530 nm) -19 %, modré (430 nm) maximální 4 až 6 %

33 HD Super AMOLED AMPER 2013 Galaxy Note II subpixels representation, based on 400X image of the Note II display [21]

34

35 PHOLED technologie fosforeskujících OLED (Phosphorescent OLED) 4x větší účinnosti než "klasická" OLED technologie. Princip elektrické fosforescence, která převádí až 100% elektrické energie v OLED na světlo. Poznámka: Účinnost klasických OLED % (75 % tepelné ztráty), LCD jen cca 10 % Při jasu 200 cd/m 2 dosahuje spotřeby pouze 125 mw, tedy výrazně méně než podsvětlené LCD (240 mw). Nejnovější PHOLED jsou při napětí 6,5 V schopny dosáhnout osvětlení 18 lm/w a jas 1000 cd/m 2. Tedy výrazně větší jas než nejnovější LCD s 600 cd/m 2

36 PHOLED

37 TOLED Transparentní OLED AMPER 2013 Průhlednost TOLED displejů je dosažena plně transparentní katodou, anodou (horní elektroda) i podložkou (substrátem) v podobě skleněné destičky nebo plastových fólií. Ty dovolují emitovat světlo z obou stran jejího povrchu nebo volitelně jen ze svrchní strany. TOLED mohou být transparentní v rozsahu 70 až 80 % v místech, kde není zrovna generováno světlo, tzn. skoro jako čisté sklo.

38 WOLED WOLED (White OLED) podařilo se dosáhnout účinnosti generování světla 85 lm/w při teplotě barvy 2740K. Bílé světlo je generováno polem OLED červených, zelených a modrých proužků, tedy RGB. U nich lze zvlášť nastavit jejich intenzitu vyzařování a tak měnit barevné podání, tj. teplotu barev.

39 FOLED FOLED (Flexibl OLED) emitující organické světlo, které jsou postavené na pružném substrátu, jako například plastické nebo kovové fólie.

40 OLED shrnutí Současné náklady Životnost Otázka barevné vyváženosti Účinnost modré OLED červené (625 nm) 20 %, zelené (530 nm) -19 %, modré (430 nm) maximální 4 až 6 %. Poškození vodou Spotřeba energie OLED okolo 40 %, LCD okolo % Bílé pozadí OLED až 3x větší výkon

41 OLED shrnutí Venkovní výkon OLED zcela spoléhá na převod elektřiny na světlo, LCD displeje, jsou do určité míry reflexní. Kovová katoda v OLED působí jako zrcadlo s odrazivostí blížící se 80 %, což vede ke špatné čitelnost v jasném okolním světle. Nicméně, použitím kruhového polarizátoru a antireflexní vrstvy, může být difuzní odrazivost snížena na méně než 0,1

42 Elektronický inkoust E-ink

43 Elektronický inkoust AMPER 2013 Rozlišení jen 167 ppi (600x800) 16 stupňů šedé Rychlost 0,5 s Pro udržení obrazu není potřeba energie Princip: Elektroforéza využívá pohybu částic s elektrickým nábojem v tekutém prostředí mezi dvěma vodivými deskami

44 Elektronický inkoust AMPER 2013 Nejjednodušší druh elektroforetického displeje obsahuje částice oxidu titaničitého a zabarvený olej. Když deskami projde proud, částice se nahrnou k desce s opačným nábojem a uživatel spatří buď odrážené světlo od částic (bílá), nebo zabarvenou tekutinu (černá).

45

46 Elektrický inkoust Výhody fantastická čitelnost displeje při zobrazení textu Nízká spotřeba (energie se z článku odebírá pouze při překreslování, ve statickém režimu je spotřeba nulová) Nevýhody Velká citlivost na ohyb Malé rozlišení Nutné okolní osvětlení

47 Elektronický papír

48 Elektronický papír I2R je možné mazat a přepisovat Možnost přepisu 260 x Cena arch A4 35 Kč Velmi tenký (0,123 µm), nepotřebuje speciální elektrody Rozlišení 300 bodů/palec Použití bilboardy, tapety

49

50 Elektronický papír - LG flexibilních elektronický panel, první model má 6 rozlišení 1024x768 černobílý, vysoká odolnost proti poškození, nízkou hmotnost atd. Tloušťka 0,7 mm není zcela zmuchlatelná ohýbat se dá bez rizika jen v úhlech zhruba 40 od středu.

51 Elektronický papír - LG

52 MIRASOL Hybridní e-ink/lcd - Qualcomm

53 Mirasol Displej společnosti Qualcomm Kombinuje výhody klasických LCD obrazovek a technologii e-ink LCD umožňuje rychlé překreslování scény, E-link displeje mají velmi vysokým kontrastem a výbornou čitelností na přímém slunci a zlomkovým odběrem elektrické energie Poznámka: Displej má úhlopříčku 5,7" s rozlišením XGA ( bodů), což znamená 223 DPI (bodů na palec). Jemnosti zobrazení se tak čtečka vyrovná telefonům s 4" displejem s WVGA rozlišením.

54 Mirasol Na rozdíl od běžné matice pixelů u LCD displejů Mirasol používá síť interferometrických modulátorů (IMOD), miniaturních čtvercových elementů se stranou délky od 10 do 100 mikronů. Modulátory tvoří dvě vrstvy: tenký film na skleněné podložce spodní reflexní membrána, které odděluje tenká vzduchová mezera. Její výška v dané chvíli určuje, zda IMOD generuje modrou, zelenou nebo červenou barvu. Každý pixel tvoří mnoho sub-pixelů a kombinace jejich aktuálního stavu umožňuje "namíchat" libovolnou barvu spektra.

55 Hybridní e-ink/lcd Apple

56 Hybridní e-ink/lcd Kombinuje elektronický inkoust a LCD displej Chráněno patentovou přihláškou společností Apple "Systems and Methods for Switching Between an Electronic Paper Display and Video Display" (Systémy a metody přepínání mezi elektronickým papírem a video displejem)

57 Děkuji za pozornost