stringtranslate.com

Плоский дисплей

Информация о двух типах плоских дисплеев на железнодорожной станции Zürich Hauptbahnhof : оранжевый светодиодный дисплей (вверху справа) и ЖК-экран (внизу)

Плоский дисплей ( FPD ) — это электронный дисплей, используемый для отображения визуального контента, такого как текст или изображения. Он присутствует в потребительском, медицинском, транспортном и промышленном оборудовании.

Плоские дисплеи тонкие, легкие, обеспечивают лучшую линейность и способны на более высокое разрешение, чем типичные потребительские телевизоры более ранних эпох. Обычно они имеют толщину менее 10 сантиметров (3,9 дюйма). Хотя наивысшее разрешение для потребительских телевизоров с ЭЛТ было 1080i , многие интерактивные плоские панели в 2020-х годах способны на разрешение 1080p и 4K .

В 2010-х годах портативная бытовая электроника, такая как ноутбуки, мобильные телефоны и портативные камеры, использовала плоские дисплеи, поскольку они потребляют меньше энергии и имеют малый вес. По состоянию на 2016 год плоские дисплеи почти полностью заменили ЭЛТ-дисплеи.

Большинство плоских дисплеев эпохи 2010-х годов используют ЖК- или светодиодные (LED) технологии, иногда их комбинацию. Большинство ЖК-экранов имеют подсветку с цветными фильтрами, используемыми для отображения цветов. Во многих случаях плоские дисплеи сочетаются с технологией сенсорного экрана , что позволяет пользователю взаимодействовать с дисплеем естественным образом. Например, современные дисплеи смартфонов часто используют OLED- панели с емкостными сенсорными экранами .

Плоские дисплеи можно разделить на две категории устройств отображения: энергозависимые и статические. Первые требуют периодического электронного обновления пикселей для сохранения их состояния (например, жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи)), и могут показывать изображение только при наличии питания. С другой стороны, статические плоские дисплеи полагаются на материалы, цветовые состояния которых являются бистабильными, например, дисплеи, использующие технологию электронных чернил , и, таким образом, сохраняют содержимое даже при отключении питания.

История

Первое инженерное предложение для плоскопанельного телевизора было сделано компанией General Electric в 1954 году в результате ее работы над радарными мониторами. Публикация их результатов дала все основы будущих плоскопанельных телевизоров и мониторов. Но GE не продолжила необходимые НИОКР и так и не построила работающую плоскую панель в то время. [1] Первым серийным плоскопанельным дисплеем был трубчатый дисплей Aiken , разработанный в начале 1950-х годов и произведенный в ограниченном количестве в 1958 году. Он нашел некоторое применение в военных системах в качестве головного дисплея и в качестве осциллографического монитора, но традиционные технологии обогнали его развитие. Попытки коммерциализировать систему для использования в домашних телевизорах столкнулись с постоянными проблемами, и система так и не была выпущена в продажу. [2] [3] [4]

Деннис Габор , более известный как изобретатель голографии , запатентовал плоский экран ЭЛТ в 1958 году. Это было в значительной степени похоже на концепцию Эйкена и привело к многолетней патентной битве . К тому времени, когда судебные тяжбы были завершены, с патентом Эйкена, поданным в США, и Габора в Великобритании, коммерческие аспекты давно утратили силу, и эти двое стали друзьями. [5] Примерно в это же время Клайв Синклер наткнулся на работу Габора и начал в конечном итоге безуспешную десятилетнюю попытку коммерциализировать ее. [6]

Philco Predicta имела относительно плоскую (для своего времени) установку электронно-лучевой трубки и стала первой коммерчески выпущенной «плоской панелью» после ее запуска в 1958 году; Predicta потерпела коммерческий провал. Плазменная панель дисплея была изобретена в 1964 году в Университете Иллинойса , согласно The History of Plasma Display Panels. [7]

Жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи или ЖК-дисплеи)

МОП -транзистор (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник, или МОП-транзистор) был изобретен Мохамедом М. Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году [8] и представлен в 1960 году. [9] Основываясь на их работе, Пол К. Ваймер из RCA разработал тонкопленочный транзистор (TFT) в 1962 году. [10] Это был тип МОП-транзистора, отличный от стандартного объемного МОП-транзистора. [11] Идея ЖК-дисплея на основе TFT была задумана Бернардом Дж. Лехнером из RCA Laboratories в 1968 году. [12] Б. Дж. Лехнер, Ф. Дж. Марлоу, Э. О. Нестер и Дж. Тултс продемонстрировали эту концепцию в 1968 году с помощью ЖК-дисплея с динамическим рассеиванием , в котором использовались стандартные дискретные МОП-транзисторы. [13]

Первый активно-матричный адресуемый электролюминесцентный дисплей (ELD) был создан с использованием TFT отделом тонкопленочных устройств T. Peter Brody в Westinghouse Electric Corporation в 1968 году . [14] В 1973 году Brody, JA Asars и GD Dixon в Westinghouse Research Laboratories продемонстрировали первый жидкокристаллический дисплей на тонкопленочных транзисторах (TFT LCD). [15] [16] Brody и Fang-Chen Luo продемонстрировали первый плоский жидкокристаллический дисплей с активной матрицей (AM LCD) с использованием TFT в 1974 году. [12]

К 1982 году карманные ЖК-телевизоры на основе ЖК-технологии были разработаны в Японии. [17] 2,1-дюймовый Epson ET-10 [18] Epson Elf был первым цветным ЖК-карманным телевизором, выпущенным в 1984 году. [19] В 1988 году исследовательская группа Sharp под руководством инженера Т. Нагаясу продемонстрировала 14-дюймовый полноцветный ЖК-дисплей, [12] [20] который убедил электронную промышленность в том, что ЖК-дисплей в конечном итоге заменит ЭЛТ в качестве стандартной технологии отображения на телевидении . [12] По состоянию на 2013 год все современные электронные визуальные устройства с высоким разрешением и высоким качеством используют дисплеи с активной матрицей на основе TFT. [21]

Светодиодные дисплеи

Первый пригодный для использования светодиодный дисплей был разработан компанией Hewlett-Packard (HP) и представлен в 1968 году. [22] Он стал результатом исследований и разработок (НИОКР) практической светодиодной технологии в период с 1962 по 1968 год исследовательской группой под руководством Говарда К. Бордена, Джеральда П. Пигини и Мохамеда М. Аталлы в HP Associates и HP Labs . В феврале 1969 года они представили цифровой индикатор HP Model 5082-7000. [23] Это был первый алфавитно-цифровой светодиодный дисплей, который произвел революцию в технологии цифровых дисплеев , заменив Nixie-трубку для числовых дисплеев и став основой для более поздних светодиодных дисплеев. [24] В 1977 году Джеймс П. Митчелл создал прототип и позже продемонстрировал, возможно, самый ранний монохромный плоский светодиодный телевизионный дисплей.

Ching W. Tang и Steven Van Slyke из Eastman Kodak создали первое практическое органическое светодиодное (OLED) устройство в 1987 году. [25] В 2003 году Hynix выпустила органический EL-драйвер, способный светиться 4096 цветами. [26] В 2004 году Sony Qualia 005 стал первым ЖК-дисплеем со светодиодной подсветкой . [27] Sony XEL-1 , выпущенный в 2007 году, стал первым OLED-телевизором. [28]

Распространенные типы

Жидкокристаллический дисплей (ЖКД)

ЖК-экран, используемый в качестве информационного дисплея для путешественников

Полевые ЖК-дисплеи легкие, компактные, портативные, дешевые, более надежные и более приятные для глаз, чем экраны с ЭЛТ. ЖК-дисплеи используют тонкий слой жидкого кристалла, жидкости, которая проявляет кристаллические свойства. Он зажат между двумя стеклянными пластинами с прозрачными электродами. Две поляризационные пленки размещены с каждой стороны ЖК-дисплея. Создавая контролируемое электрическое поле между электродами, можно активировать различные сегменты или пиксели жидкого кристалла, вызывая изменения их поляризационных свойств. Эти поляризационные свойства зависят от выравнивания жидкокристаллического слоя и конкретного используемого полевого эффекта, будь то скрученный нематик (TN) , плоскостное переключение (IPS) или вертикальное выравнивание (VA). Цвет создается путем применения соответствующих цветных фильтров (красный, зеленый и синий) к отдельным субпикселям. ЖК-дисплеи используются в различных электронных устройствах, таких как часы, калькуляторы, мобильные телефоны, телевизоры, компьютерные мониторы и экраны ноутбуков и т. д.

LED-ЖК-дисплей

Большинство ранних больших ЖК-экранов имели подсветку с использованием ряда CCFL (флуоресцентных ламп с холодным катодом). Однако небольшие карманные устройства почти всегда использовали светодиоды в качестве источника освещения. С усовершенствованием светодиодов почти все новые дисплеи теперь оснащены технологией светодиодной подсветки. Изображение по-прежнему формируется слоем ЖК-дисплея.

Плазменная панель

Плазменный дисплей состоит из двух стеклянных пластин, разделенных тонким зазором, заполненным газом, например неоном . Каждая из этих пластин имеет несколько параллельных электродов, проходящих через нее. Электроды на двух пластинах расположены под прямым углом друг к другу. Напряжение, приложенное между двумя электродами, по одному на каждой пластине, заставляет небольшой сегмент газа на двух электродах светиться. Свечение газовых сегментов поддерживается более низким напряжением, которое непрерывно прикладывается ко всем электродам. К 2010 году потребительские плазменные дисплеи были сняты с производства многими производителями.

Электролюминесцентная панель

В электролюминесцентном дисплее (ELD) изображение создается путем подачи электрических сигналов на пластины, заставляющие люминофор светиться.

Органический светодиод

OLED (органический светоизлучающий диод) — это светоизлучающий диод (СИД), в котором излучающий электролюминесцентный слой представляет собой пленку органического соединения, которая излучает свет в ответ на электрический ток. Этот слой органического полупроводника расположен между двумя электродами; как правило, по крайней мере один из этих электродов прозрачен. OLED используются для создания цифровых дисплеев в таких устройствах, как экраны телевизоров, компьютерные мониторы, портативные системы, такие как мобильные телефоны, карманные игровые консоли и КПК.

Квантовый светоизлучающий диод

QLED или светодиод на квантовых точках — это технология плоских дисплеев, представленная Samsung под этой торговой маркой. Другие производители телевизоров, такие как Sony, использовали ту же технологию для улучшения подсветки ЖК-телевизоров еще в 2013 году. [29] [30] Квантовые точки создают свой собственный уникальный свет при освещении источником света с более короткой длиной волны , таким как синие светодиоды. Этот тип светодиодных телевизоров улучшает цветовую гамму ЖК-панелей, где изображение по-прежнему генерируется ЖК-дисплеем. По мнению Samsung, дисплеи на квантовых точках для телевизоров с большим экраном, как ожидается, станут более популярными, чем дисплеи OLED в ближайшие годы; такие фирмы, как Nanoco и Nanosys, конкурируют за поставку материалов QD. В то же время устройства Samsung Galaxy , такие как смартфоны, по-прежнему оснащаются дисплеями OLED, также производимыми Samsung. Samsung объясняет на своем веб-сайте, что производимый ими телевизор QLED может определять, какая часть дисплея нуждается в большем или меньшем контрасте. Samsung также объявила о партнерстве с Microsoft, которое будет продвигать новый телевизор Samsung QLED.

Летучий

Большой светодиодный дисплей на Тайбэй Арене демонстрирует рекламные ролики и трейлеры к фильмам .

Энергозависимые дисплеи требуют периодического обновления пикселей для сохранения их состояния, даже для статического изображения. Таким образом, энергозависимому экрану требуется электропитание, либо от сети (будучи подключенным к розетке ), либо от батареи, чтобы поддерживать изображение на дисплее или изменять его. Это обновление обычно происходит много раз в секунду. Если этого не сделать, например, при отключении электроэнергии , пиксели постепенно потеряют свое когерентное состояние, и изображение «исчезнет» с экрана.

Примеры

В 1990–2010 годах были коммерциализированы следующие технологии плоских дисплеев:

Технологии, которые были тщательно исследованы, но их коммерциализация была ограничена или в конечном итоге была прекращена:

Статичный

Электронная книга Kindle Keyboard от Amazon , отображающая страницу электронной книги. Изображение текста книги на Kindle останется на экране даже при разрядке батареи, поскольку это технология статического экрана. Однако без питания пользователь не сможет перейти на новую страницу.

Статические плоские дисплеи основаны на материалах, чьи цветовые состояния являются бистабильными . Это означает, что изображение, которое они удерживают, не требует энергии для поддержания, но вместо этого требует энергии для изменения. Это приводит к гораздо более энергоэффективному дисплею, но с тенденцией к низкой частоте обновления, что нежелательно для интерактивного дисплея. Бистабильные плоские дисплеи начинают применяться в ограниченном количестве приложений ( холестерические жидкокристаллические дисплеи, производимые Magink, в наружной рекламе; электрофоретические дисплеи в устройствах для чтения электронных книг от Sony и iRex; anlabels; дисплеи с интерферометрическим модулятором в умных часах).

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ «Предлагаемые телевизоры будут иметь тонкие экраны». Popular Mechanics , ноябрь 1954 г., стр. 111.
  2. ↑ Уильям Росс Эйкен, «История тонкой электронно-лучевой трубки Кайзера-Эйкена», IEEE Transactions on Electron Devices, том 31, выпуск 11 (ноябрь 1984 г.), стр. 1605–1608.
  3. ^ «Телевизор с плоским экраном в 1958 году – Popular Mechanics (январь 1958 г.)».
  4. ^ "Экспериментальный цветной ЭЛТ Geer". www.earlytelevision.org .
  5. ^ Cobleigh, Jaimeson (30 октября 1996 г.). «Интервью с Уильямом Россом Эйкеном» (PDF) (Интервью). IEEE History Center'. Архивировано из оригинала (PDF) 14 января 2007 г.
  6. ^ Адамсон, Ян; Кеннеди, Ричард (1986). Синклер и технология «восхода солнца». Penguin.
  7. ^ Plasma TV Science.org – История плазменных панелей
  8. ^ "1960 – Демонстрация транзистора металл-оксид-полупроводник (МОП)". Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров . Получено 29 июля 2019 г.
  9. ^ Аталла, М .; Канг, Д. (1960). «Кремний-диоксид кремния, индуцированные полем поверхностные приборы». Конференция по исследованию твердотельных приборов IRE-AIEE .
  10. ^ Ваймер, Пол К. (июнь 1962 г.). «TFT — новый тонкопленочный транзистор». Труды IRE . 50 (6): 1462–1469. doi :10.1109/JRPROC.1962.288190. ISSN  0096-8390. S2CID  51650159.
  11. ^ Кимизука, Нобору; Ямазаки, Шунпей (2016). Физика и технология кристаллического оксида-полупроводника CAAC-IGZO: Основы. John Wiley & Sons. стр. 217. ISBN 9781119247401.
  12. ^ abcd Кавамото, Х. (2012). «Изобретатели ЖК-дисплеев с активной матрицей TFT получили медаль Нисидзавы IEEE 2011 года». Журнал Display Technology . 8 (1): 3–4. Bibcode : 2012JDisT...8....3K. doi : 10.1109/JDT.2011.2177740. ISSN  1551-319X.
  13. ^ Кастеллано, Джозеф А. (2005). Жидкое золото: история жидкокристаллических дисплеев и создание отрасли. World Scientific . стр. 41–2. ISBN 9789812389565.
  14. ^ Кастеллано, Джозеф А. (2005). Жидкое золото: история жидкокристаллических дисплеев и создание отрасли ([Online-Ausg.] ред.). Нью-Джерси [ua]: World Scientific. стр. 176–7. ISBN 981-238-956-3.
  15. ^ Куо, Юэ (1 января 2013 г.). «Технология тонкопленочных транзисторов — прошлое, настоящее и будущее» (PDF) . Интерфейс Электрохимического общества . 22 (1): 55–61. Bibcode :2013ECSIn..22a..55K. doi : 10.1149/2.F06131if . ISSN  1064-8208.
  16. ^ Броди, Т. Питер ; Асарс, JA; Диксон, GD (ноябрь 1973 г.). «Жидкокристаллическая дисплейная панель размером 6 × 6 дюймов с 20 строками на дюйм». IEEE Transactions on Electron Devices . 20 (11): 995–1001. Bibcode : 1973ITED...20..995B. doi : 10.1109/T-ED.1973.17780. ISSN  0018-9383.
  17. ^ Морозуми, Синдзи; Огучи, Коичи (12 октября 1982 г.). «Текущее состояние развития ЖК-телевизоров в Японии». Молекулярные кристаллы и жидкие кристаллы . 94 (1–2): 43–59. дои : 10.1080/00268948308084246. ISSN  0026-8941.
  18. ^ Сук, Джун; Морозуми, Синдзи; Ло, Фан-Чен; Бита, Ион (2018). Производство плоских дисплеев. John Wiley & Sons . С. 2–3. ISBN 9781119161356.
  19. ^ "ET-10". Epson . Архивировано из оригинала 4 февраля 2020 . Получено 29 июля 2019 .
  20. ^ Нагаясу, Т.; Окетани, Т.; Хиробе, Т.; Като, Х.; Мидзушима, С.; Возьми, Х.; Яно, К.; Хидзикигава, М.; Васизука, И. (октябрь 1988 г.). «Полноцветный ЖК-дисплей a-Si TFT с диагональю 14 дюймов». Протокол конференции Международной конференции по исследованию дисплеев 1988 года . стр. 56–58. дои : 10.1109/DISPL.1988.11274. S2CID  20817375.
  21. ^ Brotherton, SD (2013). Введение в тонкопленочные транзисторы: физика и технология TFT. Springer Science & Business Media . стр. 74. ISBN 9783319000022.
  22. ^ Крамер, Бернхард (2003). Достижения в физике твердого тела. Springer Science & Business Media . стр. 40. ISBN 9783540401506.
  23. ^ Борден, Ховард К.; Пигини, Джеральд П. (февраль 1969 г.). «Твердотельные дисплеи» (PDF) . Журнал Hewlett-Packard : 2–12.
  24. ^ "Hewlett-Packard 5082–7000". Ассоциация винтажных технологий . Получено 15 августа 2019 г.
  25. ^ Tang, CW; Vanslyke, SA (1987). «Органические электролюминесцентные диоды». Applied Physics Letters . 51 (12): 913. Bibcode : 1987ApPhL..51..913T. doi : 10.1063/1.98799.
  26. ^ "История: 2000-е". SK Hynix . Архивировано из оригинала 6 августа 2020 года . Получено 8 июля 2019 года .
  27. ^ Уилкинсон, Скотт (19 ноября 2008 г.). "ЖК-телевизор Sony KDL-55XBR8". Звук и зрение . Получено 3 октября 2019 г. .
  28. ↑ Sony XEL-1: первый в мире OLED-телевизор. Архивировано 5 февраля 2016 г. на Wayback Machine , OLED-Info.com (17 ноября 2008 г.).
  29. ^ CES 2015 делает ставки на новые телевизионные технологии. IEEE Spectrum, 7 января 2015 г. Получено 21 октября 2017 г.
  30. ^ LG обходит конкурентов на квантовых точках с новым телевизором. CNET, 16 декабря 2014 г. Получено 21 октября 2017 г.