Плоский дисплей - Flat-panel display

А плоский дисплей (FPD) является электронным устройство отображения используется для того, чтобы люди могли видеть контент (неподвижные изображения, движущиеся изображения, текст или другой визуальный материал) в различных развлечениях, бытовой электронике, персональных компьютерах и мобильных устройствах, а также во многих типах медицинского, транспортного и промышленного оборудования. Они намного легче и тоньше традиционных электронно-лучевая трубка (CRT) телевизоры и обычно имеют толщину менее 10 сантиметров (3,9 дюйма). Плоские дисплеи можно разделить на две категории устройств отображения: энергозависимые и статические. Неустойчивые дисплеи требуют периодического электронного обновления пикселей для сохранения своего состояния (например, жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплей)). Энергозависимый дисплей показывает изображение только при питании от аккумулятора или сети переменного тока. Для статических плоских дисплеев используются материалы, цветовые состояния которых являются бистабильными (например, планшеты для чтения электронных книг от Sony), и поэтому плоские дисплеи сохраняют текст или изображения на экране даже при выключенном питании. По состоянию на 2016 год плоские дисплеи почти полностью заменили старые ЭЛТ-дисплеи. Во многих приложениях эпохи 2010 года, особенно в небольших портативных устройствах, таких как ноутбуки, мобильные телефоны, смартфоны, цифровые фотоаппараты, видеокамеры, компактные камеры и карманные видеокамеры, любые недостатки отображения плоских панелей (по сравнению с ЭЛТ) компенсируются преимуществами портативности (низкое энергопотребление от батарей, тонкость и легкий вес).

Большинство плоских дисплеев 2010-х годов используют ЖК-дисплеи или светодиод (LED) технологии, иногда комбинированные. Большинство ЖК-экранов с подсветкой поскольку цветные фильтры используются для отображения цветов. Плоские дисплеи тонкие, легкие, обеспечивают лучшую линейность и обладают более высоким разрешением, чем типичные телевизоры потребительского уровня предыдущих эпох. Наивысшее разрешение для телевизоров с ЭЛТ потребительского класса было 1080i; Напротив, многие плоские панели могут отображать разрешение 1080p или даже 4K. По состоянию на 2016 год некоторые устройства, использующие плоские панели, такие как планшеты, смартфоны и, реже, ноутбуки, используют сенсорные экраны, что позволяет пользователям выбирать на экране. иконки или запускать действия (например, воспроизведение цифрового видео), касаясь экрана. Многие устройства с сенсорным экраном могут отображать виртуальные QWERTY или цифровая клавиатура на экране, чтобы пользователь мог вводить слова или числа.

А многофункциональный монитор (MFM) представляет собой плоский дисплей с дополнительными видеовходами (больше, чем у обычного ЖК-монитора) и предназначен для использования с различными внешними видеоисточниками, такими как вход VGA, вход HDMI от совместимого VHS-видеомагнитофона или игровой консоли. и, в некоторых случаях, USB-вход или кард-ридер для просмотра цифровых фотографий. Во многих случаях MFM также включает в себя ТВ-тюнер, что делает его похожим на LCD телевизор который предлагает подключение к компьютеру.

История

Первое инженерное предложение для телевизора с плоским экраном было сделано General Electric в 1954 г. в результате работы над радиолокационными мониторами. Публикация их результатов дала все основы будущих плоских телевизоров и мониторов. Но GE не продолжила требуемые исследования и разработки и в то время так и не построила работающую плоскую панель.[1] Первый серийный плоскопанельный дисплей был Трубка Айкена, разработанная в начале 1950-х годов и произведенная в ограниченном количестве в 1958 году. Она нашла некоторое применение в военных системах в качестве хедз-ап дисплей и как монитор осциллографа, но обычные технологии обогнали его развитие. Попытки коммерциализировать систему для дома телевидение при использовании постоянно возникали проблемы, и система так и не была выпущена в продажу.[2][3][4]

В Philco Predicta имел относительно плоскую (для своего времени) установку с электронно-лучевой трубкой и будет первой коммерчески выпущенной «плоской панелью» после ее запуска в 1958 году; Predicta оказалась коммерческой неудачей. В плазменная панель был изобретен в 1964 г. Университет Иллинойса, согласно Истории плазменных панелей.[5]

ЖК-дисплеи

В МОП-транзистор (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник, или МОП-транзистор) был изобретен Мохамед М. Аталла и Давон Канг в Bell Labs в 1959 г.,[6] и представлен в 1960 году.[7] Опираясь на их работу, Пол К. Веймер в RCA разработал тонкопленочный транзистор (TFT) в 1962 году.[8] Это был тип полевого МОП-транзистора, отличный от стандартного полевого МОП-транзистора.[9] Идея ЖК-дисплея на основе TFT была придумана Бернард Дж. Лехнер из RCA лаборатории в 1968 г.[10] Б.Дж. Лехнер, Ф.Дж. Марлоу, Э.О. Нестер и Дж. Талтс продемонстрировали концепцию в 1968 г. динамическое рассеяние ЖК-дисплей, в котором использовались стандартные дискретные полевые МОП-транзисторы.[11]

Первый активная матрица на имя электролюминесцентный дисплей (ELD) был сделан с использованием TFT Т. Питер Броуди Отделение тонкопленочных устройств Westinghouse Electric Corporation в 1968 г.[12] В 1973 г. Броуди, Дж. А. Асарс и Г. Д. Диксон в Исследовательские лаборатории Westinghouse продемонстрировал первый жидкокристаллический дисплей на тонкопленочных транзисторах (ЖК-экран TFT).[13][14] Броуди и Фанг-Чен Луо продемонстрировали первую квартиру жидкокристаллический дисплей с активной матрицей (AM LCD) с использованием TFT в 1974 году.[10]

К 1982 г. карман ЖК-телевизоры на основе ЖК-технологии были разработаны в Японии.[15] 2,1-дюймовый Epson ET-10[16] Epson Elf был первым карманным цветным ЖК-телевизором, выпущенным в 1984 году.[17] В 1988 г. Острый Исследовательская группа под руководством инженера Т. Нагаясу продемонстрировала 14-дюймовый полноцветный ЖК-дисплей,[10][18] что убедило электронная промышленность что ЖК-экран в конечном итоге заменит ЭЛТ в качестве стандартного телевизора технология отображения.[10] По состоянию на 2013 год, все современное высокое разрешение и качественный электронный визуальный дисплей устройства используют TFT-дисплеи с активной матрицей.[19]

Светодиодные дисплеи

Первый пригодный для использования светодиодный экран был разработан Hewlett Packard (HP) и представлен в 1968 году.[20] Это был результат исследования и разработки (НИОКР) по практической ВЕЛ технологии в период с 1962 по 1968 год исследовательской группой под руководством Говарда К. Бордена, Джеральда П. Пигини и Мохамед М. Аталла, в HP Associates и Лаборатория HP. В феврале 1969 года они представили цифровой индикатор HP Model 5082-7000.[21] Это был первый буквенно-цифровой светодиодный дисплей, произведший революцию в цифровой дисплей технологии, заменяющие Трубка Nixie для числовых дисплеев и стать основой для последующих светодиодных дисплеев.[22] В 1977 году Джеймс П. Митчелл создал прототип, а затем продемонстрировал, возможно, самый ранний монохроматический плоский светодиодный телевизионный дисплей.

Чинг В. Тан и Стивен Ван Слайк в Eastman Kodak построил первый практический органический светодиод (OLED) устройство в 1987 году.[23] В 2003 г. Hynix произвел органический драйвер EL, способный освещать 4096 цветов.[24] В 2004 г. Sony Qualia 005 был первым ЖК-дисплей со светодиодной подсветкой отображать.[25] В Sony XEL-1 Выпущенный в 2007 году, был первым OLED-телевизором.[26]

Общие типы

Жидкокристаллический дисплей (LCD)

ЖК-экран, используемый в качестве информационного дисплея для путешественников.

ЖК-дисплеи легкие, компактные, портативные, дешевые, надежные и более удобные для глаз, чем ЭЛТ-экраны. В ЖК-экранах используется тонкий слой жидкого кристалла, который проявляет кристаллические свойства. Он зажат между двумя электропроводящими пластинами. На верхнюю пластину нанесены прозрачные электроды, а задняя пластина оснащена отражателем или подсвечивается сзади, чтобы зритель мог видеть изображения на экране. Подавая управляемые электрические сигналы на пластины, можно активировать различные сегменты жидкого кристалла, вызывая изменения их светорассеивающих или поляризационных свойств. Эти сегменты могут пропускать или блокировать свет. Изображение создается путем прохождения света через выбранные сегменты жидкого кристалла к зрителю. Они используются в различной электронике, такой как часы, калькуляторы и ноутбуки.

ЖК-дисплей со светодиодной подсветкой (LED)

Некоторые ЖК-экраны имеют подсветку с помощью ряда светодиодов. Светодиоды представляют собой двухпроводные полупроводниковые источники света. Изображение по-прежнему генерируется ЖК-дисплеем. ЖК-дисплей со светодиодной подсветкой дисплеи являются наиболее распространенными в 2010-х годах.

Плазменная панель

Плазменный дисплей состоит из двух стеклянных пластин, разделенных тонкой щелью, заполненной газом, например неоном. На каждой из этих пластин проходит несколько параллельных электродов. 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 у двух электродов светиться. Свечение газовых сегментов поддерживается более низким напряжением, которое непрерывно подается на все электроды. К 2010 году многие производители прекратили выпуск потребительских плазменных дисплеев.

Электролюминесцентная панель

В электролюминесцентный дисплей (ELD) изображение создается путем подачи электрических сигналов на пластины, которые заставляют люминофор светиться.

Органический светодиод

An OLED (органический светоизлучающий диод) представляет собой светоизлучающий диод (LED), в котором излучающий электролюминесцентный слой представляет собой пленку из 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 является прозрачным. OLED используются для создания цифровых дисплеев в таких устройствах, как телевизионные экраны, компьютерные мониторы, портативные системы, такие как мобильные телефоны, портативные игровые консоли и КПК.

Светоизлучающий диод на квантовых точках

QLED или квантовые точки LED - это технология плоских дисплеев, представленная Samsung под этой торговой маркой. Другие производители телевизоров, такие как Sony уже в 2013 году использовали ту же технологию для усиления подсветки ЖК-телевизоров.[27][28] Квантовые точки создают свой собственный уникальный свет при освещении источником света меньшей длины. длина волны такие как синие светодиоды. Светодиодные телевизоры этого типа усиливают цвет гамма ЖК-панелей, на которых изображение все еще создается ЖК-дисплеем. По мнению Samsung, в ближайшие годы дисплеи с квантовыми точками для широкоэкранных телевизоров станут более популярными, чем OLED-дисплеи; Такие фирмы, как Nanoco и Nanosys, конкурируют за предоставление материалов QD. В это время, Samsung Galaxy такие устройства, как смартфоны, по-прежнему оснащены OLED-дисплеями производства Samsung. Samsung объясняет на своем веб-сайте, что производимый ими QLED-телевизор может определять, какая часть дисплея нуждается в большей или меньшей контрастности. Samsung также объявила о партнерстве с Microsoft для продвижения нового телевизора Samsung QLED.

Летучий

Большой светодиодный дисплей на Тайбэй Арена показывает рекламу и трейлеры фильмов.

Неустойчивые дисплеи требуют, чтобы пиксели периодически обновлялись для сохранения своего состояния даже для статического изображения. Таким образом, энергозависимому экрану требуется электроэнергия, либо от сети электроэнергии (подключен к розетка ) или аккумулятор для поддержания изображения на дисплее или изменения изображения. Это обновление обычно происходит много раз в секунду. Если этого не сделать, например, если есть отключение электричества, пиксели будут постепенно терять свое когерентное состояние, и изображение будет «блекнуть» с экрана.

Примеры

Дальнейшая информация: Сравнение CRT, LCD, Plasma

Следующие технологии плоских дисплеев были коммерциализированы с 1990-х по 2010-е годы:

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

Статический

Amazon Kindle Keyboard читалка, отображающая страницу электронной книги. Изображение текста книги на Kindle останется на экране, даже если батарея разрядится, поскольку это технология статического экрана. Однако без питания пользователь не может перейти на новую страницу.

Статические плоские дисплеи зависят от материалов, цветовые состояния которых бистабильный. Это означает, что имидж, который они держат, не требует энергии для поддержания, а 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 развертываться в ограниченных приложениях (холестерический жидкий кристалл дисплеи производства Magink в наружной рекламе; электрофоретические дисплеи в электронная книга ридеры от Sony и iRex; метки; дисплеи с интерферометрическими модуляторами в умных часах).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Предлагаемые телевизоры будут иметь тонкие экраны». Популярная механика, Ноябрь 1954 г., стр. 111.
  2. ^ Уильям Росс Эйкен, «История тонкой электронно-лучевой трубки Kaiser-Aiken», IEEE Transactions on Electron Devices, Volume 31, Issue 11 (ноябрь 1984 г.), стр. 1605-1608.
  3. ^ «Телевизор с плоским экраном в 1958 году - Популярная механика (январь 1958 года)».
  4. ^ "Geer Experimental Color CRT". www.earlytelevision.org.
  5. ^ Плазменный телевизор Science.org - История плазменных панелей
  6. ^ «1960 - Показан металлооксидно-полупроводниковый (МОП) транзистор». Кремниевый двигатель. Музей истории компьютеров. Получено 29 июля 2019.
  7. ^ Аталла, М.; Канг, Д. (1960). «Устройства на поверхности, индуцированные полем из диоксида кремния и кремния». Конференция IRE-AIEE по исследованиям твердотельных устройств.
  8. ^ Веймер, Пол К. (Июнь 1962 г.). «Новый тонкопленочный транзистор TFT». Труды IRE. 50 (6): 1462–1469. Дои:10.1109 / JRPROC.1962.288190. ISSN  0096-8390. S2CID  51650159.
  9. ^ Кимидзука, Нобору; Ямазаки, Шунпей (2016). Физика и технология кристаллического оксидного полупроводника CAAC-IGZO: основы. Джон Вили и сыновья. п. 217. ISBN  9781119247401.
  10. ^ а б c d Кавамото, Х. (2012). «Изобретатели ЖК-дисплеев с активной матрицей TFT получили медаль IEEE Nishizawa 2011». Журнал Display Technology. 8 (1): 3–4. Дои:10.1109 / JDT.2011.2177740. ISSN  1551–319X.
  11. ^ Кастеллано, Джозеф А. (2005). Жидкое золото: история жидкокристаллических дисплеев и создания индустрии. Всемирный научный. С. 41–2. ISBN  9789812389565.
  12. ^ Кастеллано, Джозеф А. (2005). Жидкое золото: история жидкокристаллических дисплеев и создание индустрии ([Online-Ausg.] Ред.). Нью-Джерси [u.a.]: World Scientific. С. 176–7. ISBN  981-238-956-3.
  13. ^ Куо, Юэ (1 января 2013 г.). «Технология тонкопленочных транзисторов - прошлое, настоящее и будущее» (PDF). Интерфейс электрохимического общества. 22 (1): 55–61. Дои:10.1149 / 2.F06131if. ISSN  1064-8208.
  14. ^ Броди, Т. Питер; Asars, J. A .; Диксон, Г. Д. (ноябрь 1973 г.). «Жидкокристаллический дисплей размером 6 × 6 дюймов, 20 строк на дюйм». Транзакции IEEE на электронных устройствах. 20 (11): 995–1001. Дои:10.1109 / T-ED.1973.17780. ISSN  0018-9383.
  15. ^ Морозуми, Синдзи; Огучи, Коити (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.
  16. ^ Сук, июн; Морозуми, Синдзи; Ло, Фанг-Чен; Бита, Ион (2018). Производство плоских дисплеев. Джон Уайли и сыновья. С. 2–3. ISBN  9781119161356.
  17. ^ «ЭТ-10». Epson. Получено 29 июля 2019.
  18. ^ Nagayasu, T .; Окетани, Т .; Hirobe, T .; Kato, H .; Mizushima, S .; Возьми, H .; Яно, К .; Хидзикигава, М .; Васидзука И. (октябрь 1988 г.). «Полноцветный ЖК-дисплей на основе тонкопленочного транзистора a-Si с диагональю 14 дюймов». Отчет о Международной конференции по исследованиям в области дисплеев 1988 г.: 56–58. Дои:10.1109 / DISPL.1988.11274. S2CID  20817375.
  19. ^ Brotherton, С. Д. (2013). Введение в тонкопленочные транзисторы: физика и технология тонкопленочных транзисторов. Springer Science & Business Media. п. 74. ISBN  9783319000022.
  20. ^ Крамер, Бернхард (2003). Успехи физики твердого тела. Springer Science & Business Media. п. 40. ISBN  9783540401506.
  21. ^ Борден, Ховард С .; Пигини, Джеральд П. (февраль 1969 г.). «Твердотельные дисплеи» (PDF). Журнал Hewlett-Packard: 2–12.
  22. ^ «Hewlett-Packard 5082-7000». Ассоциация винтажных технологий. Получено 15 августа 2019.
  23. ^ Tang, C.W .; Ванслике, С. А. (1987). «Органические электролюминесцентные диоды». Письма по прикладной физике. 51 (12): 913. Bibcode:1987АпФЛ..51..913Т. Дои:10.1063/1.98799.
  24. ^ «История: 2000-е». СК Хайникс. Получено 8 июля 2019.
  25. ^ Уилкинсон, Скотт (19 ноября 2008 г.). "Sony KDL-55XBR8 LCD TV". Звук и зрение. Получено 3 октября 2019.
  26. ^ Sony XEL-1: первый в мире OLED-телевизор В архиве 2016-02-05 в Wayback Machine, OLED-Info.com (17 ноября 2008 г.).
  27. ^ CES 2015 делает ставку на новые телевизионные технологии. IEEE Spectrum, 7 января 2015 г. Источник: 21 октября 2017 г.
  28. ^ LG опередила конкурентов по квантовым точкам с новым телевизором. CNET, 16 декабря 2014 г. Проверено 21 октября 2017 г.