MONITORY Podstawy zasad działania

Prezentacja na temat: "MONITORY Podstawy zasad działania"— Zapis prezentacji:

1 MONITORY Podstawy zasad działania
Opracował dr hab. inż. Tadeusz Maciak prof. SGSP

2 Literatura: 1. Obrazy i schematy zaczerpnięte z Wikipedii (wersja angielska) 2. Marcin Karbowniczek; Przegląd nowoczesnych technik wyświetlania, Encyklopedia epoki obrazu, on line;

3 CRT (Cathode Ray Tube) "Applevision 750 Display 17”". Licencja: CC BY-SA 3.0 na podstawie Wikimedia Commons

4 Lampa obrazowa Lampa obrazowa – lampa elektronowa wyposażona w ekran, na którym możliwe jest wyświetlenie obrazu za pomocą wiązki elektronów. Składa się z trzech podstawowych elementów: źródła elektronów – katody, elektrod ogniskujących i sterujących oraz ekranu pokrytego luminoforem, na którym tworzony jest obraz. W zależności od metody odchylania strumienia elektronów, lampy obrazowe dzielą się na: - lampy oscyloskopowe z odchylaniem elektrostatycznym - kineskopy i lampy radaroskopowe z odchylaniem magnetycznym.

5 Luminofor Luminofor – związek chemiczny wykazujący luminescencję.
W zależności od rodzaju aktywatora, dodawanego w niewielkiej ilości (nawet rzędu 0,0001%), można otrzymać luminofory o różnych barwach i czasach poświaty. W zależności od czynnika wywołującego świecenie, wyróżnia się następujące luminofory: katodoluminofor – świecący pod wpływem bombardowania elektronami; elektroluminofor – świecący w zmiennym polu elektrycznym; rentgenoluminofor – świecący pod wpływem promieni X; luminofor świecący pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Luminophores can be further classified as fluorophores or phosphors, depending on the nature of the excited state responsible for the emission of photons. A phosphor, most generally, is a substance that exhibits the phenomenon of luminescence

6 Luminoforami mogą być związki organiczne i nieorganiczne.
Do luminoforów organicznych zalicza się niektóre polimery, fluoresceinę, eozynę i wiele innych. Nieorganiczne luminofory to między innymi: Siarczki, takie jak siarczek cynku ZnS i siarczek kadmu. Cechuje je wysoka wydajność świetlna. Luminofory siarczkowe są dobrymi katodoluminoforami, elektroluminoforami i rentgenoluminoforami. Tlenosiarczek itru, aktywowany europem, okazał się bardzo dobrym luminoforem czerwonym, stosowanym w telewizji kolorowej. Luminofory z grupy halofosforanów wapnia znalazły zastosowanie w świetlówkach. Mają dobrą wydajność świetlną, są aktywowane manganem. Wolframian wapnia, aktywowany srebrem i tantalan itru, aktywowany niobem, są dobrymi rentgenoluminoforami stosowanymi do folii wzmacniających w rentgenodiagnostyce.

7 Pierwowzorem lamp obrazowych była rura Brauna wynaleziona w 1897 roku

8 Telewizja w Europie i USA została uruchomiona w 1930 roku.
W Anglii 1933. Polska próby 1938 i 1938 r po wojnie 1952, 1956 WOT Philips TV projection CRT Due to distortion problems with bigger tubes Philips developed small projection CRT's. It's actually a 50cm Telefunken CRT from 1938 with a total length of 85 cm, these were used in mirror TV's.

9

10 Działanie kineskopu monochromatycznego CRT

11 Barwy podstawowe Są to minimalne zestawy kolorów, które łączone umożliwiają uzyskanie dowolnych kolorów z podanego zakresu Do addytywnego składania barw stosowanych np. w wyświetlaczach, zwykle używane są kolory czerwony, zielony i niebieski. Dla subtraktywnego mieszania kolorów, jak mieszanie pigmentów lub barwników, zwykle wykorzystywane są magenta, cyjan i żółty.

12 Piksel W fotografii cyfrowej, piksel, jest to fizyczny punkt w obrazie rastrowym. W wyświetlaczu jest to najmniejszy sterowany element obrazu przedstawionego na ekranie. Z reguły rozmiar plamki wynosi od 0,1 mm do 0,42 mm. Im mniejszy piksel w monitorze, tym bardziej dokładny, ostry i kontrastowy obraz.

13 Subpiksel Każdy piksel składa się z trzech subpikseli.
Mają one kolor czerwony, zielony i niebieski (standard RGB).

14 Działanie kineskopu kolorowego CRT
Rola maski Przed warstwą luminoforu znajduje się maska ( shadow mask), która pełni funkcję filtru dbającego o to, aby elektrony uderzały idealnie w powierzchnię wyznaczonych pól luminoforu (subpikseli)

15

16

17

18 Ekrany ciekłokrystaliczne
Wyświetlacz ciekłokrystaliczny, LCD (Liquid Crystal Display) – urządzenie wyświetlające obraz, którego zasada działania oparta jest na zmianie polaryzacji światła na skutek zmian orientacji cząsteczek ciekłego kryształu pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego.

19 Historia Friedrich Reinitzer (1858–1927) odkrywa naturę ciekłego kryształu cholesterolu uzyskanego z marchewek Georges Friedel opisał cienkie kryształy i sklasyfikował je w 3 podstawowe grupy (nematics, smectics and cholesterics). 1936 – firma Marconi Wireless Telegraph opatentowało pierwszą aplikację wykorzystującą ciekłe kryształy ("The Liquid Crystal Light Valve") Williams w laboratoriach RCA odkrył właściwości optyczno-elektryczne ciekłego kryształu Heilmeier stworzył pierwszy wyświetlacz LCD 1970 – La Roche, Helfrichi, Schadt opatentowali w Szwajcarii efekt skręconego nematyka (twisted nematic field effect) w ciekłym krysztale (identyczny patent wniesiono w USA 44 kwietnia 1971)

20 the company of Fergason ILIXCO (now LXD Incorporated) wyprodukowało pierwszy LCDs wykorzystujący efekt skręconego nematyka (TN-effect). T. Peter Brody stworzył pierwszy wyświetlacz LCD z matrycą aktywną Westinghouse, in Pittsburgh, Pennsylvania. 2007 – sprzedaż monitorów LCD przewyższyła sprzedaż monitorów CRT

21 Ciekłe kryształy Nazwa fazy pośredniej między ciekłym i krystalicznym stanem skupienia materii (Mezofaza) Ciekłe kryształy można otrzymać na 2 sposoby: 1/ Poprzez ogrzanie stałych kryształów. Nazywa się je wtedy mezofazą termotropową. Jest to możliwe ponieważ kryształy nie topią się od razu, lecz przechodzą do fazy ciekłokrystalicznej. Przejście w ciecz następuje dopiero w wyższej temperaturze. 2/ Poprzez rozpuszczenie cząsteczek mających tendencję do tworzenia ciekłych kryształów w odpowiednim rozpuszczalniku. Nazywa się je wtedy mezofazą liotropową

22 Podział ciekłych kryształów
Faza nematyczna (gr. nema – nić) to takie ułożenie cząsteczek ciekłego kryształu, że są one zorientowane w tym samym kierunku, lecz ich środki ciężkości nie są uporządkowane. Faza nematyczna jest zwykle oznaczana symbolem N Materiały nematyczne są stosowane powszechnie w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych

23 Faza smektyczna – rodzina faz ciekłokrystalicznych, których charakterystyczną cechą jest uporządkowanie cząsteczek w warstwach. Cząsteczki w warstwach są względem siebie uporządkowane, układając się równolegle swoimi dłuższymi osiami. Oś, wzdłuż której następuje uporządkowanie cząsteczek w warstwach, jest nazywana direktorem. smektyki pochylone (nieortogonalne) smektyki ortogonalne

24 Faza cholesterolowa – faza ciekłokrystaliczna, odmiana fazy nematycznej, w której jedynym rodzajem dalekozasięgowego uporządkowania cząsteczek jest układanie się ich osi wzdłuż wersora o kształcie helisy. Faza cholesterolowa posiada unikalną cechę zmiany barwy wraz ze zmianą temperatury, a także zmianę barwy w zależności od kąta padania światła. Obie te własności wynikają z faktu, że długość skoku helisy wersora jest zbliżona do długości światła widzialnego, co powoduje selektywną dwójłomność tych materiałów. Dodatkowo długość skoku helisy jest silnie zależna od temperatury. Materiały generujące fazę cholesterolową znalazły zastosowania jako indykatory temperatury

25 twisted nematic field effect

26

27 Podział matryc LCD 1. Twisted Nematic (TN) 2. Vertically Aligned
a/ Multi-Domain Vertical Aligment (MVA) b/ Patterned Vertical Aligment (PVA) c/ Advanced Super View (ASV) 3. In Plane Switching (IPS) a/ In Plane Switching b/ Super in Plane Switching or Dual Domain in Plane Switching

28 Twisted Nematic Zalety: czas reakcji (2-12 milisekund), Tani Wady:
Smużenie Kąt 1500 – 1600 poziom 1400 – 1600 pion Brak dokładności odwzorowywania barw Padnięte piksele świecą Poniżej załączone są schematy poglądowe pokazujące działanie matryc. Można przyjąć, że każdy sub-piksel to tranzystor sterujący ułożeniem molekuły ciekłego kryształu. W matrycach klasy TN (Twisted Nematic) po przyłożeniu napięcia, następuje ich obrócenie i światło ze świetlówek nie przechodzi przez nie [pozycja (a)]. Gdy sygnał sterujący jest w pozycji „wyłączony”, molekuły układają się w taki sposób jak w pozycji (c), a światło z podświetlenia przechodzi bez problemu. Najtańsze i najbardziej popularne są matryce Twisted Nematic (Nematyczne Skręcone). Zdominowały modele siedemnastocalowe (czyli większość rynku). Mają zdecydowanie najniższy czas reakcji (2-12 milisekund), a efekt smużenia jest zredukowany do minimum. Dlatego monitory wyposażone w te matryce doskonale nadają się do domu, w którym komputera używa się jako centrum multimedialne (przede wszystkim gry, dynamiczne sceny), a także do biura, w którym używa się komputerów jedynie w charakterze "maszyny do pisania", ewentualnie bardziej rozbudowanego kalkulatora. Wadą tych matryc jest dokładność odwzorowywania barw, a raczej brak tej dokładności. Producenci często chwalą się, że ich produkty wyświetlają 16 milionów barw. Monitory te są w stanie wyświetlić jedynie 262 tysiące kolorów. A tak naprawdę monitor generuje poprawnie te 262 tysięcy, a resztę dopełnia się symulując inne. Dochodzi więc do przekłamania kolorów. Producenci oczywiście zapominają nas o tym poinformować. Do wad należy także zaliczyć niski kontrast (współczynnik od 1:400 do 1:700) oraz mały kąt widzenia ( stopni w poziomie i stopni w pionie). Warto przy tym rodzaju matryc wspomnieć o tzw. błędnych pikselach, które dzielą się na martwe (stale zgaszone) i gorące (stale zapalone) piksele. Ale żeby zrozumieć ten problem powinniśmy poznać zasadę działania matrycy Nematycznej Skręconej. Jeśli elektroda podaje napięcie 0V, to ciekłe kryształy (a z nimi i przechodzące przez nie światło) ustawia się w poziomie pod kątem 90°. Ponieważ zaś o taki sam kąt różnią się kierunki polaryzacji obu filtrów, (czego nie widać na rysunku), światło jest w stanie przez nie przejść. Dzięki temu światło świeci na trzy filtry i uzyskujemy światło białe. Wyobraźmy sobie teraz, że elektroda zepsuje się i nie będzie podawała prądu na cząsteczki ciekłego kryształu - jeden piksel cały czas będzie się święcił (gorący piksel). Nie byłoby to problemem gdyby nie to, że większość monitorów wyposażona jest w matryce klasy drugiej (według standardu ISO ), co oznacza, że matryca może mieć trzy gorące lub martwe piksele, a taki monitor nie podlega wymianie. Jak możemy się przed tym bronić? Przed kupnem monitora możemy poprosić sprzedawcę, aby go włączył i wyświetlił czarny oraz biały obraz. Można jeszcze poszukać monitora, który posiada matrycę pierwszej jakości.

29 Matryce typu VA Matryca PVA
Matryc Mono-domain VA już się nie produkuje (zresztą Multi-domian także), ale to nie przeszkadza, aby na jej podstawie scharakteryzować matryce opierające się na technologii Vertical Alignment, gdyż, jak już wspomniałem, matryce pochodne działają na podobnej zasadzie, mając niewielkie ulepszenia w porównaniu do pierwowzoru, które wpływają, np. na kontrast lub czas reakcji (poza tym Mono-domain ma najprostszą budowę). A jak się mają parametry matryc Vertical Alignment w porównaniu do matryc Nematycznych Skręconych?. Przede wszystkim monitory wyposażone w te matryce są dużo droższe niż te z matrycą TN. Za to wyświetlają więcej kolorów, mają dużo większy kontrast (nawet 1:1000 i więcej). Efekt smużenia jest bardziej widoczny niż w Nematycznych Skręconych. Kąt widzenia także jest większy (powyżej 160 stopni w poziomie i w pionie). Matryca Mono-domain VA została wymyślona przez firmę Fujitsu. Dzisiaj z matryc opartych na technologii VA, używa się matryce PVA (stworzone przez Samsunga) oraz WVA - dzieło CMO. "Młodsi bracia" są bardzo podobni do "starszego braciszka". Oczywiście firmy stworzyły własne matryce po to, by nie płacić Fujitsu z racji praw tej firmy do patentów. Obydwaj bliźniacy mają swoje odpowiedniki z literką "S" (Super) z przodu (np. S-PVA). Wersje "super" mają mniejszy czas reakcji (nawet 8ms, ale efekt smużenia nadal jest widoczny, chociaż istotnie zredukowany w porównaniu do matryc MVA), większy kontrast oraz oczywiście monitory wyposażone w te matryce są droższe. Opanowały one segment wyświetlaczy o przekątnej większej niż dwadzieścia cali, szczególnie zaś monitorów widescreen (których proporcje ekranu wynoszą 16:10). Matryca PVA

30 In-Plane Switching Zalety: Najlepiej odwzorowywują kolory Kąt do 1700
Wady: 1. Elektrody grzebieniowe po jednej stronie redukcja kontrastu silniejsze podświetlanie Tym, co różni wyświetlacze IPS jest równoległe do powierzchni ułożenie ciekłych kryształów. Przy użyciu technologii ISP osiągany jest doskonały kąt widzenia, aż do 170 stopni, jaki znamy z monitorów kineskopowych. Jednakże jest także minus: z powodu równoległego ułożenia ciekłych kryształów, elektrody nie mogą być umieszczone na obydwu szklanych powierzchniach. Zamiast tego, muszą być zainstalowane w kształcie grzebienia na dolnej niższej powierzchni szklanej. Prowadzi to ostatecznie do redukcji kontrastu i dlatego wymagane jest silniejsze tylne podświetlenie dla podniesienia jasności obrazu. Matryce IPS najlepiej odwzorują kolory spośród wszystkich rodzajów matryc LCD. Oczywistą rzeczą jest, że z takich wyświetlaczy chętnie korzystają graficy komputerowi, choć nadal monitory CRT (kineskopowe) lepiej odwzorowują kolory. Jednakże w kwestii kolorów i odwzorowania skali szarości także następuje postęp. Np. monitory z serii ColorEdge firmy Eizo dzięki sprzętowej kalibracji z wykorzystaniem 12-bitowej tablicy LUT pozwalają na dokładne odwzorowanie skali szarości, a dodatkowo 16-bitowe przetwarzanie informacji o kolorze daje bardzo płynną gradację kolorów. Korzystają graficy

31

32 Matryca pasywna i aktywna
Matryca wykonana w technologii pasywnej DSTN (Dual Scan Twisted Nematic) nie posiada elementów przełączających związanych z każdym elementarnym punktem ekranu. Wyświetlacze DSTN obecnie tracą na popularności, gdyż posiadają dwie wady. Po pierwsze, potrzebny do reorganizacji cząsteczek ciekłokrystalicznych poziom napięcia na elektrodach osiągany jest w stosunkowo długim czasie. Dzieje się tak dlatego, że elektrody znajdujące się po jednej stronie komórek umieszczone są pionowo, a po drugiej stronie poziomo - tworzą matrycę. Piksel przeznaczony do zapalenia bądź zgaszenia wybiera się, wysyłając sygnały sterujące do punktu przecięcia obu matryc. Ze względu na to, że sygnał jest bardzo krótki (trzeba przecież w ciągu sekundy kilkadziesiąt razy zaadresować cały ekran), zastosowany ciekły kryształ musi charakteryzować się znaczną bezwładnością. Właśnie dlatego wyświetlacze DSTN potrzebują nawet do 200 milisekund na odświeżenie obrazu. W konsekwencji na ekranie pojawiają się smugi, np. podczas ruchu wskaźnikiem myszy. Drugim minusem jest to, że ścieżki przewodzące oddziałują na siebie wzajemnie, co powoduje powstawanie przesunięć obrazu przy ostrych kontrastach oraz poważnie ogranicza możliwą do uzyskania na wyświetlaczu paletę barw. Technologia pasywna posiada jednak również pewne zalety. Zasadniczą jest cena, ale również trzeba wspomnieć o niewielkim zużyciu energii potrzebnej na obsługę wyświetlacza. W specyfikacjach telefonów rozpoznamy je po określeniu STN (Super Twisted Nematic) lub CSTN (Color Super Twisted Nematic) w zależności od producenta. Alternatywną technologią jest technologia matryc aktywnych. Są one zbudowane z cienkowarstwowych tranzystorów TFT (Thin Film Transistor), które gromadzą i utrzymują ładunki elektryczne, zapobiegając ich rozlewaniu na inne piksele. Każdy piksel jest indywidualnie obsługiwany przez tranzystor sterujący oraz kondensator stanowiący element pamięciowy. Zatem każdy element ekranu jest indywidualnie włączany i wyłączany. Technologia wyeliminowała największe wady poprzednio omawianej, czyli rozmycie i smużenie ekranu. Ponadto w sposób znaczący podniesiono kontrast i głębie kolorów. Wadą jest znacząco większy pobór mocy związany z obsługą elementów sterujących, podświetlenia oraz wymiary (grubość matrycy). STN (Super Twisted Nematic) TFT (Thin Film Transistor), CSTN (Color Super Twisted Nematic)

33 Podświetlenie dyfuzora
Przykładowy sposób rozmieszczenia lamp CCFL za matrycą LCD Pierwsza z nich jest stosowana od dawna i stanowiła źródło światła już pierwszych monitorów LCD. Zimna lampa katodowa (CCFL – ang. Cold Cathode Fluorescent Lamp) charakteryzuje się bardzo jasnym białym światłem i względnie niskim poborem mocy. Lampy te są umieszczane najczęściej po bokach wyświetlacza, a w przypadku większych paneli – także pośrodku ekranu. W celu równomiernego rozprowadzenia światła po całej powierzchni ekranu stosuje się dyfuzory wykonane z przepuszczających światło materiałów. Zasilanie lamp wymaga wbudowania inwertera generującego duże napięcie przemienne o częstotliwości około 35 kHz, który znany jest niektórym posiadaczom starszych laptopów głównie z tego, że się psuł, a jego naprawa była bardzo kosztowna. Przyczyną było to, że podświetlacze oparte na lampach CCFL mają dosyć krótką żywotność, rzędu 10–20 tys. godzin, a do tego są wrażliwe na zmiany temperatury i wibracje. Ponadto ich jasność znacząco spada, jeśli są uruchamiane w niskiej temperaturze. . Cold Cathode Fluorescent Lamp

34 Jeden ze sposobów podświetlenia matryc LCD za pomocą LED, w którym wykorzystano szereg równomiernie rozmieszczonych diod Podświetlenie diodowe można zastosować na dwa sposoby: w postaci matrycy diod, ułożonej równolegle do podświetlanej powierzchni, albo na krańcach, z wykorzystaniem elementów prowadzących światło do środka wyświetlacza. Pierwsza z tych metod pozwala uzyskać bardziej równomiernie podświetlony obraz oraz dynamicznie sterować podświetleniem poszczególnych obszarów ekranu, co poprawia tzw. kontrast dynamiczny. Druga umożliwia zmniejszenie zużycia energii oraz zachowanie mniejszych wymiarów wyświetlacza.

35 Czy w takim razie są jakieś bonusy za stosowaniem diod LED jako podświetlenia ekranów LCD? Otóż są! Słowem klucz jest dynamiczny kontrast. Znany już także przed erą LED. Dynamiczny kontrast powstał aby ukryć jedną z najgorszych wad ekranów LCD, a mianowicie bardzo słabą czerń co też przekłada się na "sprane" tzn. nienasycone kolory w ciemnym przedziale odcieni. Wina za słabą czerń tkwi w istocie działania LCD - przez ciekły kryształ przebija światło także w momencie kiedy nie powinno, to jest w momencie gdy piksel powinien być przysłonięty/ciemny. Jak zmniejszyć przebijanie światła przez ciekły kryształ? Najprościej zmniejszyć intensywność podświetlenia. I w ciemnych scenach przygasić nieco lampy podświetlające. Tak właśnie powstała idea dynamicznego kontrastu która całkiem nieźle sprawdza się w filmach, gdzie w ciemnych scenach elektronika zmniejsza i reguluje intensywność podświetlenia. Ale co zrobić gdy połowa ekranu jest jasna a połowa ciemna? Odpowiedź na to pytanie dała dopiero technologia podświetlania LED, gdzie poszczególne sekcje ekranu są podświetlane osobnymi diodami i w ciemnych częściach ekranu diody świeca słabiej a w jasnych mocniej. Kolor światła LED jest bardzo niedoskonały. Pierwsze "białe" diody LED emitowały bardzo zimne światło, dzisiejsze ciepłe LED-y świecą światłem podobnym do energooszczędnych "żarówek". Z powodu niedoskonałości białych diod LED, w podświetleniach telewizorów i monitorów stosuje się najczęściej tzw. diody RGB LED które są zespołem trzech diod RGB (czerwona, zielona, niebieska) w jednej obudowie. Dzięki takiemu rozwiązaniu możemy dowolnie regulować poszczególne składowe kolorów uzyskując dość dobre efekty. Poprawiają najgorszą wadę LCD tj. bardzo słabą czerń (spranie kolorów) nienasycone kolory w ciemnym przedziale odcieni.

36 Organiczna dioda elektroluminescencyjna
OLED (Organic Light-Emitting Diode) Dioda elektroluminescencyjna (LED) wytwarzana jest ze związków organicznych. OLED oznacza także klasę wyświetlaczy graficznych, opartych na tej technologii. Pierwszym związkiem organicznym, w którym odkryto zjawisko emisji światła pod wpływem przyłożenia napięcia elektrycznego, był polifenylenowinylen; odkrycia tego dokonano w roku 1989 w laboratorium Uniwersytetu Cambridge. Pierwszym seryjnie produkowanym urządzeniem wyposażonym w wyświetlacz OLED był palmtop CLIE PEG-VZ90 firmy Sony – wyświetlacz o przekątnej 3,8 cala, rozdzielczości 480 × 320 pikseli, jasności 150 cd/m², grubości 1,9 mm i kącie widzenia 180°. W październiku 2007 firma Sony zaprezentowała telewizor wykonany w technologii OLED. W kwietniu 2008 firma Samsung zaprezentowała dwa pierwsze monitory komputerowe OLED o wymiarach 15 oraz 30 cali W 2012 Samsung zaprezentował 55 calowy telewizor

37 Zasada działania diod OLED
OLED składa się z warstwy emisyjnej, warstwy przewodzącej, podłoża oraz anody i katody. Warstwy złożone są z cząstek organicznych polimerów przewodzących. Ich poziom przewodzenia znajduje się w zakresie między izolatorami a przewodnikami, z tego względu nazywane są one półprzewodnikami organicznymi. Schemat OLED: 1 – katoda (−), 2 – warstwa emisyjna, 3 – emisja promieniowania, 4 – warstwa przewodząca, 5 – anoda (+) Przyłożenie napięcia do OLED powoduje przepływ elektronów od katody do anody, zatem katoda podaje elektrony do warstwy emisyjnej, a anoda pobiera elektrony z warstwy przewodzącej, innymi słowy anoda podaje dziury elektronowe do warstwy emisyjnej. W momencie spolaryzowania złącza w kierunku przewodzenia, warstwa emisyjna jest naładowana ujemnie, jednocześnie warstwa przewodząca staje się bogata w dodatnio naładowane dziury. Oddziaływanie elektrostatyczne przyciąga elektrony i dziury, które ze sobą rekombinują. Dzieje się to blisko warstwy emisyjnej, bowiem dziury w półprzewodnikach organicznych są bardziej mobilne niż elektrony (odwrotnie niż w przypadku półprzewodników nieorganicznych). W momencie rekombinacji elektron przechodzi na niższy poziom energetyczny, czemu towarzyszy emisja promieniowania elektromagnetycznego w zakresie widma widzialnego. Dlatego warstwa ta nazywana jest emisyjną. OLED nie świeci przy zaporowym spolaryzowaniu złącza, ponieważ dziury elektronowe przemieszczają się do anody, a elektrony do katody, tak więc oddalają się od siebie i nie rekombinują. Jako materiał anody zwykle wykorzystywany jest ITO (Indium Tin Oxide – roztwór stały tlenku indu(III) i tlenku cyny(IV)). Jest on przezroczysty dla światła i posiada wysoką pracę wyjścia co sprzyja przemieszczaniu dziur do warstwy polimerowej. Metale takie jak glin i wapń są często wykorzystywane do tworzenia katod, ponieważ posiadają niską pracę wyjścia sprzyjającą wstrzykiwaniu elektronów do warstwy polimerowej. Wady i zalety Oznaczenia: 1 – katoda, 2 – warstwa emisyjna, 3 – emisja promieniowania, 4 – warstwa przewodząca, 5 – anoda

38

39 EKRANY OLED przezroczyste giętkie

40 Typy wyświetlaczy OLED
RGB OLED Active-matrix OLED (AMOLED) Passive-matrix OLED (PMOLED) Polymer LED (PLED) Transparent OLED (TOLED) Top-emitting OLED (TEOLED) Foldable OLED (FOLED) White OLED (WOLED)

41

42

43 Zalety ekranów OLED Posiada większą skalę barw i jasność, niż LCD, ponieważ piksele OLED bezpośrednio emitują światło, które nie jest zatrzymywane przez filtry polaryzacyjne, tak jak jest w wypadku LCD. Nie wymaga podświetlenia, dzięki temu kontrast może wynosić nawet 1 000 000:1, a czerń jest idealnie czarna. Zmniejsza to pobór energii w chwili wyświetlania ciemnego obrazu. Brak podświetlenia obniża też koszt produkcji oraz eksploatacji. Kolor punktu obrazu na wyświetlaczu OLED pozostaje prawidłowy nawet gdy kąt patrzenia bliski jest 90° względem wektora normalnego. Przy wykorzystaniu przezroczystego, elastycznego podłoża, wyświetlacz taki może wyświetlać obraz z obu stron, a tym samym kąt widzenia jest praktycznie nieograniczony. Posiada znacznie krótszy czas reakcji w porównaniu do monitora LCD, który cechuje się czasem reakcji na poziomie 2‒12 milisekund, natomiast OLED nawet około 0,01 milisekundy. W procesie produkcji OLED nie jest wykorzystywana rtęć. Dzięki prostej budowie, braku podświetlenia oraz mniejszej liczbie warstw wyświetlacza, szacunkowe koszty masowej produkcji są znacznie niższe niż produkcja wyświetlaczy LCD oraz paneli plazmowych. Także mniejsze zużycie energii i mniejsza liczba elementów ma wpływ na niższy koszt eksploatacji wyświetlaczy OLED.

44 Zalety ekranów OLED Największy kontrast oraz jasność spośród obecnych technologii wyświetlaczy, dzięki podświetleniu każdego piksela. Odwzorowanie barw pozwalające uzyskać WIDE Gamut RGB (skalibrowane, profesjonalne monitory dla grafików typu LED LCD tylko zbliżają się do tego poziomu). Bardzo mała grubość, niska waga.

45 Wady ekranów OLED Większe zużycie energii od ekranów LCD w trakcie wyświetlania białych i jasnych elementów, np. podczas przeglądania stron internetowych lub dokumentów w edytorze tekstu (podczas testów mieszanych wyświetlacz pobiera o 30% mniej energii). W przypadku rozszczelnienia matrycy wyświetlacza, spowodowanego mechanicznym uszkodzeniem, wilgoć może zniszczyć materiał organiczny. Rozwój technologii jest ograniczony patentami posiadanymi przez Eastman Kodak, żądającego nabycia licencji przez inne firmy. W przeszłości, wiele technologii wyświetlaczy stawało się szeroko rozpowszechnionych dopiero po wygaśnięciu patentów, klasycznym przykładem jest maska szczelinowa CRT.

46 Wyświetlacz plazmowy PDP (plasma display panel) – wyświetlacz, który do tworzenia obrazu wykorzystuje plazmę i luminofor. 152 calowa plazma na targach IFA w 2010r

47 Zasada działania Zasada działania ekranu plazmowego polega na doprowadzeniu mieszaniny gazów (głównie ksenon i neon) zamkniętych w małych komorach do stanu plazmy. Zjonizowane gazy zaczynają emitować fotony światła ultrafioletowego, które padając na luminofor pobudzają go do emisji światła widzialnego odpowiedniego dla danego koloru luminoforu.

48 Zasada działania Mieszanina gazów jest zamknięta w komorach. Trzy umieszczone obok siebie komory, każda z luminoforem dla innej składowej barwy (czerwona, zielona, niebieska), tworzą jeden piksel zdolny świecić różnymi kolorami, stanowiącymi złożenie trzech składowych (synteza addytywna). Komory tworzą macierz i są umieszczone między dwiema szklanymi płytami: czołową, przez którą ogląda się obraz i tylną. Wszystkie ścianki komory, poza ścianką od strony płyty frontowej są wyłożone luminoforem. Do przeciwległych ścianek, frontowej i tylnej, są przymocowane elektrody. Przyłożenie odpowiedniego napięcia elektrycznego do tych elektrod powoduje jonizację gazu w komorze. Sterowanie poszczególnymi pikselami ekranu, podobnie jak w wyświetlaczach LCD wysokiej rozdzielczości, odbywa się multipleksowo. Najpierw aktywowane są odpowiednie poziome linie pikseli, a następnie – w drugim pulsie – włączane są odpowiednie piksele w danej linii.

49 Zalety cienki, łatwy do zamontowania na ścianie
szerszy kąt widzenia, niż w LCD, oraz lepsza konsystencja kolorów lepszy współczynnik kontrastu od LCD ma większą głębię czerni niż wyświetlacze LCD deklarowany czas działania wyświetlaczy plazmowych dochodzi do godzin (2009 rok) odporniejszy na uszkodzenia mechaniczne od ekranu LCD

50 Wady większa masa niż panele LCD większe zużycie prądu niż LCD
duże trudności techniczne przy budowie ekranów plazmowych małych rozmiarów (<30") tendencja do nierównomiernego wypalania luminoforu, zwłaszcza przy wyświetlaniu statycznego obrazu aby uniknąć efektu nierównomiernego wypalania wyświetla się na ekranie „śnieg” lub specjalnie spreparowany obraz przez kilka sekund na godzinę wiele telewizorów plazmowych ma specjalną funkcję (np. „orbitowanie”, w której obraz jest okresowo nieznacznie przesuwany), by ten problem zminimalizować przy wyświetlaniu obrazu o bardzo wysokim kontraście, pojawia się czasami „efekt tęczy” polegający na zielonych błyskach w czasie szybkiego przełączania z bieli do czerni migotanie obrazu, widoczne szczególnie podczas wyświetlania jasnych scen

51 Dziękuję za uwagę