COLEGIUL TEHNIC DE ELECTRONICĂ ŞITELECOMUNICAŢII IAŞI

PROIECT DE SPECEALITATE

ÎNDRUMĂTOR: ELEV:PROF. ING.

ANUL 2009

TEMA PROIECTULUIEVOLUŢIA SISTEMELOR DE AFIŞARE

2CUPRINS

CAPITOLUL 1: EVOLUŢIA SISTEMELOR DE AFIŢARE1.1 Monitorul………………………………………………………………51.1.1 Clasificarea monitoarelor……………………………………………….51.1.2 Specificaţiile de monitor………………………………………………..61.2 Tubul catodic………………………………………………………….101.2.1 Tehnologiile tuburilor catodice………………………………………...101.2.2 Tuburile Dot Trio……………………………………………………....111.2.3 Tuburile Aperture Grille……………………………………………….111.2.4 Tuburile CromaClear…………………………………………………..121.2.5 Caracteristicile tuburilor……………………………………………….121.3 Cristale lichide………………………………………………………...131.3.1 Principii………………………………………………………………...141.3.2 Tipuri de panouri…………………………………………………….....161.3.2.1 Thim Film Transistor (TFT)…………………………………………....161.3.2.2 Twisted Nematic (TN) ………………………………………………....161.3.2.3 In-Plane Switching (IPS) ………………………………………………171.3.2.4 Vertical Alignment (VA) ………………………………………………181.3.2.5 Multi-domain Vertical Alignment (MVA) …………………………….191.3.4 O privire de asamblu……………………………………………….......201.3.5 Cum se creeaza culorile………………………………………………...201.3.6 Pixeli morti……………………………………………….…………….211.3.7 LCD vs CRT……………………………………………….…………...211.3.8 Termeni……………………………………………….………………...241.4 Plasma……………………………………………….………………….251.4.1 Ecranele cu plasma (PDP – Plasma Display Panels) …………………..251.4.2 Detalii constructive……………………………………………………..261.4.3 Plasma vs LCD…………………………………………………………261.5 Organic light emiting diode display (OLED) ……………………….271.5.1 Structurã………………………………………………………………..281.5.2 Tehnologii fabricaţie…………………………………………………...291.5.3 Utilizãri…………………………………………………………………291.5.4 Avantaje………………………………………………………………...291.6 Viitorul: Ecrane cu nanotuburi de carbon…………………………..301.7 Ecranele tactile (touch screens) ……………………………………...33ANEXE………………………………………………………………………...35BIBLIOOGRAFIE……………………………………………………………41

3ARGUMENT

Aparitia aparatului de filmat, ca alte mari inventii ale secolului XX, a adus dupa sine o serie de schimbari radicale in societate si a dus la aparitia unei arte şi industrii noi. Odata cu aceasta s-au dezvoltat si diferite sisteme de afişare a imaginilor statice sau in miscare. Domeniul afişarii imaginii este de o importanta vitala pentru toate statele lumii, atât sub aspect social cat şi economic. Accesul populaţiei la ceste servicii asigurã crearea si funcţionarea societaţii deschise. O economie capitalistã nu poate functiona fara existenţa sistemelor de afisare electronice. Acest domeniu a inregistrat o crestere rapida si constantã dictatã de viteza ridicatã a progresului tehnic in domeniu şi necesitatea ţinerii pasului cu ultimile evolutii ale tehnologiei si cu imbunãtaţirea standardelor. Ultimile cinci decenii sunt caracterizate printr-o serie de transformãri ale tehnologiei afisãrii imaginilor in urma revoluţiei informatice cu un impact deosebit atât asupra industriei cât şi individului. Domenii complet diferite in trecut, cum ar fi cinematografia şi tehnica de calcul sunt acum întrepãtrunse. De la apariţia lor, sistemele de afişare au asigurat un flux crescãtor de informaţie si divertisment individului. De-a lungul timpului metodele s-au inbunataţit prin trecere de la o tehnologie la alta. Viitorul urmeaza sã ne aducã o apropiere inseparabilã a monitorului de omul din societatea modernã.

4CAPITOLUL 1: EVOLUŢIA SISTEMELOR DE AFIŞARE

1.1 Monitorul Monitorul reprezintã acea componentã a calculatorului care se ocupa cu prezentarea sub formã de imagini si text, a informaţiei generate de calculator. Comanda afisãrii informaţiilor pe ecranul monitorului o realizeazã calculatorul, prin intermediul plãcii video. Monitorul este conectat la placa video a sistemului prin intermediul unui cablu video, care contine semnalele de culoare şi de sincronizare necesare afişarii pe ecran a imaginilor dorite. Fiind partea din calculator la care ne uitam cel mai mult; fiind cea mai scumpa piesa dintr-un calculator usual şi fiind şi cel mai mare consummator de energie electricã din calculator, va trebui sã-i acordãm o atentie specialã.

1.1.1 Clasificarea monitoarelor

Primele generaţii de monitoare au fost de tip digital, primind de la calculator toata informaţia necesarã afişãrii sub formã de semnale TTL. Din cauza multiplelor limitãri introduse, cum ar fi numãrul redus de culori disponibile pentru afişare, au apãrut monitoare analogice, realizate in mai multe variante constructive. Acestea au rezolvat problema nuanţelor de afişare, fiind capabile sã genereze un numar nelimitat de nuanţe. De asemenea s-a diversificat oferta de ecrane, prefecţionandu-se tehnologiile cristalelor lichide, plasmã si altele. Iata o clasificare sumarã a diverselor tipuri de monitoare ce pot fi întâlnite in practicã:

a.) dupã culorile de afişare: Monitoarele monochrome: pot afişa doar douã culori – de obicei negru şi una din culorile alb, verde sau ocru-galben. Cu niveluri de gri: pot afişa o serie de intensitãţi de culoare intre alb şi negru. Monitoare color: utilizeazã combinarea a trei culori fundamentale (roşu, verde şi albastru) cu diferite intensitãţi pentru a crea ochiului uman impresia unei palete foarte mari de nuanţe.

b.) dupa tipul semnalelor video:Monitoare digitale: acceptã semnale video digitale (TTL). Sunt conforme cu standardele mai vechi IBM CGA si EGA. Datoritã arhitecturii lor interne, sunt limitate la afişarea unui numãr fix de culori. Monitoare analogice: pot afişa un numar nelimitat de culori , datoritã faptului cã acceptã semnal video analogic . Componentele uzuale ale semnalului video analogic sunt: sincronizãrile pe orizintalã si pe verticalã, si semnalele momentane pentru culorile fundamentale roşu, verde si albastru. Sunt majoritare in prezent, fiind mai felxibile şi mai ieftine ca cele digitale.

5c.) dupa tipul grilei de ghidare a electronilor in tub:

Cu mascã de umbrire: ghidarea fluxurilor de electroni spre punctele de fosfor corespunzãtoare de pe ecran este realizatã de o mascã metalica subţire prevazutã cu orificii fine. Este tipul de monitor cel mai utilizat in present. Cu grilã de aperturã: in locul mãştii de umbrire, se aflã o grila formatã din fire metalice fine, verticale, paralele, bine intinse şi foarte apropiate intre ele. Monitoarele de acest tip pot afişa imagini mai de calitate ca cele bazate pe mascã de umbrire (strãlucire, contrast).

d.) dupa tipul controalelor exterioare: Cu controale analogice: ajustarea afişajului se face prin actionarea de taste şi butoane de tip analogic. Parametrii care pot fi modificaţi de utilizator sunt, de obicei luminozitatea, contrastul, şi poziţionarea imaginii pe verticalã şi orizontalã. Cu controale digitale: ajustarea se face cu ajutorul unui set de taste şi butoane speciale. Se pot modifica parametrii menţionaţi mai sus, plus: forma trapezoidalã, curbarea marginilor laterale ale imaginii, dimensiunea pe orizontalã şi verticalã a imaginii, şi altele. Modificarea valorii unui anumit parametru se face in trepte discrete (cuante). Monitoarele mai recente oferã facilitate de memorare a ajustãrilor facute in diferite moduri de lucru, în aşa fel incât la trecerea dintr-un mod în altul sã nu mai fie necesarã reajustarea parametrilor doriţi.

e.) dupa tipul contructiv al ecranului: Monitoare cu tuburi catodice convenţionale (CRT – Cathode Ray Tubes): sunt cele mai des utilizate, mai ieftine şi mai performante ecrane existente pe piaţã la ora actualã. Prezintã diferite variante constructive, cele mai des întâlnite fiind tuburile cu mascã de umbrire (shadow-mask CRT) şi tuburile Trinitron, cu grilã de aperture (aperture grille CRT). Dizpozitive de afişare cu ecran plat (FPD – Flat Panel Display): include ecranele cu cristale lichide (LCD – Liquid Crystal Display) si ecranele cu plasmã (PDP – Plasma Display Panel). În prezent sunt utilizate in laptop-uri datoritã dimensiunilor şi greutãţii reduse. Din punct de vedere al performanţelor, sunt net inferioare tuburilor catodice clasice.

1.1.2 Specificaţiile de monitor

Dimensiunea ecranului şi suprafaţa utilã (viewable area):Dimensiunea ecranului monitorului este unul din parametrii cei mai importanţi. Se exprimã in inch şi reprezintã lungimea diagonalei ecranului. Domeniul de variaţie este intre 9” şi 39”, cele mai populare dimensiuni fiind 14” si 17”.

6

Datoritã carcasei monitorului care incalecã marginile ecranului şi (suprafaţa utilã) este mai micã decât diagonala specificatã de producator. De exemplu, la un monitor cu diagonalã de 14”, suprafaţa utila este undeva intre 13” şi 13.8”.

Lãţimea de bandã (bandwdth): Este o masurã a cantitãţii totale de date pe care monitorul le poate manipula intr-o secundã, şi se masoara in MHz. Lãţimea de bandã maximã a monitorului ar trebui sa fie corelatã cu tactul de afişare (dot clock) al plãcii video corespondente, pentru a exploata corect performanţele celor douã elemente ale interfaţei video. O metodã aproximativã de calcul a lãţimii de bandã minimã necesarã pentru un anumit mod video este datã de ecuatia: bandwidth = (1.05 x Y) x (1.3 x X) x R unde: X Y este adresabilitatea de pixel pentru respectivul mod video (denumitã incorect si rezolutie); R este rata de reimprospãtare utilizatã; coeficientul 1.05 include perioada de revenire a razei de electroni pe verticalã (vertical blanking interval); coeficentul 1.3 include perioada de revenire, la baleajul pe orizontalã (horizontal blanking interval). Astfel, pentru urmatorul mod video: 1280 x 1024 la 60Hz rezultã o lãţime de manda aproximativã de 107Mhz.

Tactul de afişare (ceasul de punct, dot clock): Este tactul cu care placa video trimite informaţiile grafice necesare afişãrii unui pixel pe ecranul monitorului. Se mãsoarã in MHz, si se mai numeşte ratã de pixel (pixel rate). Exprimã debitul de afişare al plãcii video, şi ar trebui corelat cu laţimea de bandã a monitorului.

Rata de reimprospãtare pe orizontalã (HSR – horizontal scan rate): Este o masurã a numarului de linii orizontale baleiate de monitor intr-o secundã. Baleierea pe orizontalã este controlatã de placa video prin semnalul HSYNC (sincronizare pe orizontalã), dar este limitatã de monitor. Monitoarele VGA si SVGA vor avea un HSR minim de 31.5KHz, pentru a putea afişa corect rezoluţiile corespunzãtoare.

Rata de refresh (refresh rate, VSR – Vertical Scan Rate): Exprimã numãrul maxim de cadre ce pot fi afişate pe monitor intr-o secundã, la o adresabilitate de pixel datã. Este controlatã de placa video prin semnalul VSYNC (sincronizare pe verticalã). Pentru a putea fi considerat un monitor VGA sau SVGA, acesta va trebui sa furnizeze o ratã minima de refresh de 60Hz. Aceasta valoare este dependenta de HSR, putând fi calculatã cu formula: VSR = HSR / Y – (durata de revenire pe verticalã) unde Y reprezintã adresabilitatea verticalã de pixel. Rezultã ca VSR inglobeazã şi pe HSR, devenind un parametru ce descrie global viteza de lucru ( de baleiere pe orizontalã si pe verticalã) a monitorului.

7

Întreţeserea cadrelor (interlacing): Este o tehnologie mai veche, provenitã din televiziune, unde initial se lucra cu 30 de cadre intregi de imagine pe secundã. Din cauza cã rata de refresh de 30Hz produce palpairea flagrantã a imaginii afişate, s-a divizat semnalul video in douã câmpuri pentru un acelaşi cadru, rezultând cate douã semicadre de imagine. Acest lucru s-a realizat prin afişarea întâi a liniilor impare de baleiaj (semicadrul impar) pe durata 1/60 sec. dupã care, in urmatoarea 1/60 sec. se vor afişa liniile pare de baleiaj (semicadrul par). Datoritã capacitaţii creierului uman de a integra cele douã sub-imagini, va rezulta o afişare de rezoluţie mare, la o ratã de refresh efectivã de 60Hz. Se reduce astfel, considerabil palpairea imaginii afişate. La monitoare, mai ales la cele mai recente, modul de lucru întreţesut este utilizat doar când rata maximã de împrospãtare a monitorului este depãşita, in modul video curent. In restul situaţiilor, monitoarele lucreaza implicit cu imagini neîntreţesute (NI – NonInterlaced Mode). Afişarea cu rastru intreţesut prezintã pâlpâiri deranjante, observabile în special în cazul liniilor orizontale înguste din cauza alternanţelor razei de baleiaj între linie si culorile fundalului. De asemenea, fenomenul se poate remarca dacã se urmareste marginea superioarã sau inferiaorã a unei ferestre dintr-un mediu grafic.

Rezoluţia (resolution): Definiţia corectã a rezoluţiei este “capacitatea unui monitor de a afişa detalii fine”, şi este proporţionalã mai ales cu: dimensiunea fascicolului de electroni din tubul catodic, ajustarea corectã a focalizãrii, lãţimea de bandã a monitorului şi densitatea de punct a ecranului. De obicei, termenul “rezoluţie” este utilizat eronat, pe post de “adresabilitatea de pixel”. Rezoluţia monitorului impune limite practice in adresabilitatea maximã de pixel ce poate fi utilizatã la un moment dat, în sensul cã dimensiunea practicã a pixelui scade pe masurã ce se utilizeazã adresabilitaţi de pixel din ce in ce mai mari.

Monitoare cu frecvenţã fixã / multisincrone: Generaţiile mai vechi de monitoare analogice sunt cu frecvenţã fixã, însemnând faptul cã au fost proiectate sã lucreze la o singurã ratã de refresh (usual, 60Hz). Utilizarea lor actualã este limitatã din cauza cerinţelor de timing foarte restrictive. Monitoarele produse relativ mai recent, se pot sincroniza automat cu semnale video apartinând unui set de frecvenţe. Aceste monitoare sunt denumite multisincrone, sau Multisync. De fapt “Multisync” este o marcã inregistrata a firmei NEC, dar a devenit un termen generic pentru a desemna monitoarele capabile sa se sincronizeze la mai mult de o frecventa video.

Compatibilitatea DPMS: DPMS, sau mai correct, VESA DPMS – Video Electronics Standards Association’s Display Power Management System, este un standard care defineşte tehnicile de reducere a consumului de energie

8

electricã şi de prevenire a arderii punctelor de fosfor ale ecranului monitorului. Conform acestui standard, placa video va trebui sã semnalizeze monitorului în cazul in care sistemul nu e folosit o perioadã de timp predefinitã, şi acesta sã intre într-un mod de stingere special (stingerea tunurilor de electroni, modul “stand-by”, sau chiar stingerea completã a monitorului). Utilitatea standardului DPMS se verificã din douã puncte de vedere: - reducerea consumului de energie electricã: monitorul este cel mai mare consumator de curent electric dintr-un sistem de calcul. Oprirea funcţionãrii acestuia pe durata neutilizãrii sistemului este astfel justificatã. - prevenirea arderii punctelor de fosfor ale monitorului: în intervalele de neutilizare ale sistemului, pe ecranul monitorului va fi afişatã aceiaşi imagine provocãnd dupa o anumitã perioadã de timp arderea punctelor de fosfor ce formeazã imaginea, prin bombardarea lor continuã cu electroni.

Protecţia anti-radiaţie: Reducerea emisiilor de radiaţie electromagneticã emanate de tubul catodic al monitorului este subiectul unor specificaţii impuse de standardele suedeze MPR-II si TCO. Acestea fixeazã limite maxime pentru radiaţiile electromagnetice de foarte-joasã-frecventã (FLV – Very Low Frequency) si extreme-de-joasã-frecventã (ELF – Extremley Low Frequency) emise de monitor. Standardul MPR-II, mai puţin restrictive, nu determinã o crestere simţitoare a preţului la monitoare care li se conformeazã. Producatorii trebuie sã realizeze doar o mai bunã ecranare internã a tubului cinescop, şi sã adauge magneţi de compensare a câmpurilor create de bobinele de deflexie. Standardul TCO, mai restrictive, impune limite şi mai mici pentru radiaţiile electromagnetice localizate în special în faţa ecranului monitorului. Costurile necesare respectãrii acestui standard sunt mai mari din cauza dificultãţilor de ecranare a suprafeţei de sticlã a monitorului cu un inveliş special.

Tratarea anti-reflexie: Pentru a evita reflectarea luminii externe şi fenomenul de oglindire, ecranele monitoarelor sunt tratate cu substanţe speciale, care disperseazã lumina incidentã din exterior. Douã metode sunt în prezent utilizate: tratarea ecranului cu strat de silicate (silica coating) şi ecran antireflector (ARP – Anti-Reflective Panel). O atenţie specialã trebuie acordatã atingerii şi curãţirii ecranelor tratate anti-reflexie, deoarece straturile depuse in acest scop pe suprafaţa ecranului sunt foarte sensibile la contacte mecanice.

Suport Plug-and-Play (PNP): Suportul Plug-and-Play uşureazã munca de instalare şi configurare a monitorului la sistemul de calcul gazdã. Standardul PnP modificã conectorul video VGA standard cu 15 pini, prin includerea unui “canal de date pentru afisare” (DDC – Display Data Channel), prin care monitorul comunicã sistemului parametrii proprii de funcţionare .

9

1.2 Tubul Catodic

In anii 1950, firma “RCA” scotea pe piaţã primul tub catodic color. De atunci, se produc tuburi catodice color cu performanţe din ce în ce mai bune, şi la preţuri din ce în ce mai scãzute. Ca urmare, ecranele bazate pe tub catodic, sunt azi majoritare pe piaţã, constituind tot odatã soluţia cea mai accesibilã pentru marea masã a cumpãrãtorilor de tehnicã de calcul. Afişarea imaginii la aceste tuburi se face prin baleierea suprafeţei ecranului, de la stânga la dreapta şi de sus în jos, de cãtre una sau mai multe raze de electroni, provenite de la câte un tun de electroni. În cazul tuburilor color, existã 3 fascicule de electroni, cate unul pentru culoarea roşu, verde, respectiv albastru. Astfel, prin combinarea celor 3 culori fundamentale, în diferite intensitãţi, se poate obţine impresia oricãrei nuanţe perceptibile de ochiul uman. Ecranul este tratat pe interior cu depuneri punctiforme de fosfor colorat – roşu, verde, albastru. Acestea sunt dispuse consecutive pe linii şi coloane, formând triade de puncte (dot triads). Triadele rezultate au formã triunghiularã sau liniarã (mai recent), depinzând şi de modul de dispunere al tunurilor de electroni (Fig. 1). Pentru ca fascicolul emis de tunul de electroni corespunzãtor culorii roşu (de exemplu), sã loveascã exact punctual roşu de fosfor dintr-o triadã de pe ecran, este necesarã existenta unei grile de ghidare. Din punct de vedere tehnologic s-au remarcat trei variante constructive.

1.2.1 Tehnologiile tuburilor catodice

Pânã de curând existau douã direcţii principale de realizare, numita Dot Trio si Aperture Grille. De curând firma niponica NEC a lansat pe piaţâ un nou tip de tuburi înglobând o nouã tehnologie, CromaClear. Toate acestea au ceva in comun – realizarea intregii palete coloristice prin adiţia cromaticã a celor trei culori primare: Roşu, Verde şi Albastru. La baza acestei tehnologii stã folosirea unor suprafeţe de fosfor care emit aceste culori primare, care sã fie suficient de mici şi apropiate unele de altele pentru a nu permite ochiului sã le distingã separate. Fiecare din aceste tehnologii folosesc trei tunuri de electroni pentru a produce fluxurile de electroni ce dau strãlucire fosforului. Tuburile catodice sunt cele mai importante elemente ce limiteaza performanţele unui monitor, dar şi calitatea bobinelor de deflexie şi a amplificatoarelor video au un rol important. Este greşit sã afirmãm cã douã monitoare ce folosesc acelaşi tub vor avea performanţe asemãnãtoare.

10

1.2.2 Tuburile Dot Trio

Cea mai raspanditã tehnologie are la bazã o mascã perforatã ce este aşezatã exact înaintea stratului de sticlã. Aceasta separã cele trei tunuri de electroni de suprafaţa fosforecentã, având menirea de a asigura poziţionarea fluxului peste pastila de fosfor de culoare respectivã, fãrã a permite atingerea pastilelor vecine. Atât fosforul cât şi secţiunea fluxului de electroni sunt circulare şi sunt dispuse sub forma unui triunghi (Fig. 2).

Printre avantajele acestei tehnologii putem menţiona: Caractere suficient de clare, chiar şi cele de dimensiune redusã Reprezentarea mai realisticã şi o bunã uniformitate a culorii Prezintã o bunã robustete mecanica Distanţa între pixeli – mai mare de 0,28mm – nu permite sporirea calitãţii ca în cazul celorlalte douã tehnologii.

1.2.3 Tuburile Aperture Grille (Fig 3;6)

În 1968 Sony introduce o nouã tehnologie pentru tuburile catodice, numitã Trinitron. Diferenţa majorã faţã de tehnologia precedentã constã în înlocuirea mãştii de metal cu o reţea de fire verticale - “aperture grille” – având un potenţial ridicat. Suprafaţa fosforecentã nu mai este organizatã în puncte ci în benzi verticale.

Prin folosirea acestei tehnici se obtin urmatoarele caracteristici: Se foloseşte mai putin metal pentru realizarea “mşstii”, ceea ce implicã o

cantitate mai mica de energie absorbitã de aceasta şi deci, implicit, reducerea cãldurii disipate.

Folosirea unei suprafeţe mãrite de fosfor, generând o cantitate de luminã mai mare.

Poate fi folosit un strat de sticlã de culoare închisã pentru a imbunãtãţi contrastul.

Suprafaţa ecranului este cilindricã şi nu sfericã, reducând reflexia luminii. Existenţa reţelei de fire scade rezistenţa la solicitãri mecanice – transport,

manipulãri. În acelaşi timp se impune folosirea unui fir orizontal pentru stabilizarea

reţelei verticale, fir care obtureazã baleierea, materializându-se într-o dungã orizontalã pe mijlocul ecranului – care uneori este deranjantã. În cazul tuburilor de 17” si 20” se remarcã douã astfel de fire ce împart ecranul in trei zone egale.

11

Tuburile Triniton folosesc un singur tun de electroni cu trei raze. În 1993 Mitsubishi introduce o varianta folosind trei tunuri, sistem numit Diamondtron.

1.2.4 Tuburile CromaClear

Dupã ce vreme de atâţia ani nu s-a mai înregistrat nici o schimbare radicalã în competiţia tuburilor, în 1996 firma niponã NEC introduce o noua tehnologie numitã CromaClear, care îmbinã avantajele celor douã tehnologii prezentate anterior. Aceasta se caracterizeazã printr-o mascã din aliaj INVAR – aliaj folosit la toate tuburile NEC – care prezintã coeficient de dilatare neglijabil, dar de aceastã datã orificiile mãştii nu mai au formã circularã, ci elipticã. Tunul de electroni are de asemenea o formã eliptica, pentru a se asigura un transfer maxim de energie de la aceasta spre suprafaţa fosforescentã fãrã pierderi de energie spre mascã. Asemeni tuburilor Aperture Grille, tunurile ca şi fosforii ce compun un pixel sunt aşezaţi in linie orizontalã (Fig. 4).

Principalele caracteristici ale acestei tehnologii sunt: O mai bunã acoperire a unui pixel cu fosfor decât în cazul Dot Trio. Combinã avantajele tehnologiei Dot Trio - bunã convergenţã, imagine stabila

şi clarã - cu cele Aperture Grille - contrast ridicat, claritate excelentã şi o foarte bunã fidelitate a culorii.

Nu necesitã fire orizontale de susţinere - spaţiul de afişare nu este afectat. Masca de aliaj INVAR Prezintã o bunã robusteţe mecanicã la vibraţii sau pe durata transportului.

1.2.5 Caracteristicile tuburilor

Dimensiunea pixelului – Dot Pitch: Dimensiunea pixelului este distanţa dintre douã grupuri (triplete) RGB de fosfor adiacente; în principiu, cu cât aceasta este mai micã, cu atât densitatea de puncte pe unitatea de suprafaţa este mai mare, deci şi posibilitatea obţinerii unor rezoluţii mai mari. Pe de altã parte, reducerea dimensiunii unui pixel implicã scãderea strãlucirii.

Banda de frecvenţã: Un alt factor care afecteazã rezoluţia maximã este banda de frecvenţã. Aceasta reprezintã capacitatea circuitelor video de a reprezenta un singur pixel aprins – sau, eventual stins. Semnalul trebuie sã ajungã la cele trei tunuri de electroni prin intermediul amplificatorului video. Dacã amplificatoarele nu sunt suficient de bune, atunci semnalul este degradat vizibil. Banda de frecvenţã este direct proporţionalã cu numãrul de pixeli afişaţi pe

12

secundã, deşi cu cât se doreşte o rezoluţie mai mare, cu atât este necesara o bandã mai inalta.

Focalizarea: Acest parametru poate fi studiat doar dupã o funcţioanare a monitorului de 20-30 de minute. În schemele de funcţionare ce au fost reprezentate pânã acum, fluxurile de electroni aveau aceeaşi secţiune ca şi orificiile mãştii. În realitate fluxul nu are o formã cilindricã, ci mai degrabã conicã şi este ceva mai mare decât orificiul maştii. Acest lucru permite ca cele trei fluxuri (roşu, verde, albastru) sã se suprapunã cu uşurinţã peste orificii - cazul tuburilor uzate - dar implicã şi un numãr crescut de electroni ce se ciocnesc de mascã, rezultatul fiind creşterea temperaturii acesteia şi ca urmare dilatarea mãştii urmatã de deprecierea imaginii - orificiile îşi vor deplasa centrele, ducând la scãderea focalizãrii.

Convergenţa: Calitatea imaginii este afectatã serios şi datoritã convergentei. Prin aceasta se întelege capacitatea celor trei raze RGB de a sosi în acelaşi moment în acelaşi punct de mascã. Alinierea perfectã a acestor raze nu se obţine niciodatã datoritã dificultãţilor întampinate în deflexia sub unghiuri foarte precise a celor trei fascicole folosind aceleaşi bobine. Corectarea erorilor de acest fel se poate face prin folosirea unor magneţi situaţi pe gâtul tubului catodic sau prin folosirea tehnologiilor avansate de control digital.

Emisia: Monitoarele sunt o sursã pentru diverse tipuri de emisii. În ceea ce priveşte emisia de raze X – generate de tubul catodic, nivelul acesteia nu pune deocamdatã probleme deoarece razele X sunt reţinute de stratul de sticla a ecranului. Însã monitoarele trebuie prevãzute cu circuite de protecţie in caz de defecţiune. Dacã tensiunea de anod devine prea mare, nivelul de radiaţii creste. De aceea trebuie prevãzut un dispozitiv care sã preia excesul de energie şi sã-l direcţioneze cãtre masa sistemului. În unele condiţii – de umiditate de exemplu aceste circuite intrã în functiune, generând un sunet aparte.

1.3 Cristalele lichide Cristalele lichide au fost descoperite de un botanist austriac in anul 1888. Starea de cristal lichid reprezintã o stare intermediarã între solidul cristalin şi faza lichidã obişnuitã. Numãrul substanţelor care prezintã aceastã stare a crescut pânã în anul 1930 dupã care interesul pentru aceastã clasã de substanţe sa diminuat. Cercetãrile au fost reluate în anul 1960 când cristalele lichide au început sã aibã aplicaţii practice în tehnicã şi medicinã. Cele mai cunoscute aplicaţii sunt în domeniul electronic, la dispozitivele de afişaj. Cristalele lichide sunt substanţe care se comportã ca lichid cât şi ca solid.

13

Moleculele în cristale se pot mişca fiecare relative usor, ca şi în moleculele într-un lichid. Totuşi toate moleculele dintr-un cristal lichid tind sã se orienteze în aceiaşi manierã, asemãnãtor cu aranjamentul molecular din cristalele solide. Cristalele lichide reţin lichidul şi se solidificã natural numai dupã anumite temperaturi şi presiuni. La o temperaturã suficient de mare sau o presiune suficient de mica, ordinea moleculelor se modificã ducând la transformarea unui cristal în cristal lichid. La o temperaturã suficient de joasã şi o presiune mare moleculele cristalelor lichide înceteaza sã se mai mişte şi cristalele lichide se transformã în cristale solide. Numeroasele clase de cristale lichide include cristale lichide termotrope şi cristale lichide biotrope. Poprietãţile optice ale unui cristal lichid pot fi deseori manipulate prin supunerea sa la un camp electric sau magnetic care sã schimbe orientarea moleculelor sale. De exemplu aplicând un mic câmp electric anumite cristale lichide se schimbã de la clar la tulbure sau caştigã proprietatea de a roti lumina polarizatã. Aceste tipuri de cristale lichide sunt utilizate pentru construirea dispozitivelor utilizate la ceasuri digitale, calculatoare, televizoare, computere portabile etc. Dispozitivele cu cristale lichide sunt performante şi deseori utilizeazã mai puţinã putere decât dispozitivele conventionale. Anumite cristale lichide reflectã diferite valori de luminã depinzând de orientarea moleculelor lor. Orientarea acestor molecule depinde de temperaturã. Aceste tipuri de cristale lichide sunt folosite la termometre care afişeazã culori corespunzãtoare temperaturii substanţei cu care cristalul lichid este în contact. Tehnologia LCD este deja utilizatã la calculatoare şi ceasuri digitale. Ecranul unui monitor LCD utilizeazã foarte puţina energie de aceea este ideal pentru fabricarea dispozitivelor portabile. Aceste afişaje cu cristale lichide mai au avantajul cã pot fi alimentate cu energie de la baterii solare, permiţând un consum redus.

1.3.1 Principii

Elementul de bazã în construcţia de monitoare LCD îl reprezintã soluţia de cristale lichide ( cristale de cyanobiphenyl). Aceste cristale sunt dipoli electrici, poziţionaţi întamplãtor într-o soluţie lichidã. La aplicarea unui camp electric, cristalele se orienteazã în conformitate cu liniile de câmp. Aceastã proprietate este exploatatã în diferite moduri pentru a afişa informaţii cu ajutorul cristalelor lichide. O variantã uzualã este cea care polarizeaza lumina incidenta pe cristalele lichide, cu ajutorul unor ecrane polarizate (Fig. 3). În situaţia de repaus, adica în absenţa câmpului electric, cristalele sunt orientate haotic în solutie, reflectând înapoi un procent foarte mare de luminã incident pe dispozitiv.

14

De aceea, fundalul afişajelor LCD este deschis la culoare (luminos). Când se aplicã un camp electric prin intermediul celor douã ecrane conductoare, cristalele se orienteazã într-un plan paralel cu liniile de câmp şi perpendicular pe suprafaţa dispozitivului. Lumina ce cade pe afişaj este polarizatã la un anumit unghi de primul ecran, trece de cristale, şi ajunge pe suprafaţa celui de al doilea ecran polarizant. Acesta o reflectã, dupa ce o polarizeazã cu un defazaj de 90º. Revenind la primul ecran, lumina este blocatã în totalitate din cauza diferenţei de fazã existente. Astfel ca zona supusã câmpului electric va apãrea închisa la culoare. În acest mod se pot afişa informaţiile ce vor apare negru pe un fundal deschis, rezultând modul monocrom de afişare. Pentru a obţine o afişare în nuante gri, activitatea cristalelor lichide (aplicarea campului electric) este modulatã. Astfel, pentru ca un element de imagine sã parã 50% negru (gri mediu), semnalul de activare va fi un tren de impulsuri cu un factor de umplere de 1/2 (deci elementul respectiv va fi activat 50% din timpul total de afişare). Numãrul de nuanţe de gri este însã limitat în principal de timpul de rãspuns al cristalelor lichide; uzual se pot obţine 16 nuanţe de gri. Ecranele color se bazeazã pe acelaşi principiu de formare a nuanţelor ca la tuburile catodice: compunerea a trei culori fundamentale (roşu, verde, albastru) cu diferite intensitãţi. Evident cã LCD-urile color necesitã de trei ori mai multe elemente discrete ca cele monochrome. Un element comun la toate ecranele LCD este cerinţa de iluminare externã, deoarece ecranul cu cristale lichide nu genereaza lumina ca si tubul catodic. Variantele uzuale de ecrane LCD cuprind: ecranele cu matrice pasive, ecranele cu matrice active, şi ecranele feroelectrice. Modelele cu matrice pasivã activeazã un element de imagine (pixel) prin adresarea sa matricealã, pe linii si coloane. Astfel, pentru un ecran VGA cu matrice pasivã sunt necesare 640 de tranzistoare pentru linii şi 480 pentru coloane. Afişarea imaginii pe întregul ecran se realizeazã prin baleiere coloanã cu coloanã în timp ce randul curent este activat în prealabil (mod similar cu cel de la tuburile catodice). Dezavantajul constã în faptul cã un pixel va fi activat o perioadã scurtã de timp, rezultând un contrast slab. O altã problemã este timpul lent de rãspuns 12-200ms inadecvat pentru multe aplicaţii. Ca avantaj se poate menţiona pretul redus. Ecranele LCD cu matrice active utilizeazã cate un comutator (transistor) separat pentru fiecare element de imagine. Deci pentru un ecran VGA, sunt necesare 640x480 de tranzistoare. De obicei toate elementele necesare afişãrii cu matrice active sunt integrate într-un singur circuit. Posibilitatea adresãrii fiecãrui pixel în parte înbunãtãţeste mult contrastul şi viteza de rãspuns a ecranelor cu matrice active. Ecranele LCD cu matrice activã se produc în diferite variante constructive: TFT (Thim-Film Transistors); MTM (Metal Insulator Metal); PALC (Plasma Adressed Liquid Crystal).

15

Ecranele LCD feroelectrice utilizeazã un tip special de cristale lichide, care îşi pãstreazã polaritatea dupã ce au fost activate. Astfel se reduce mult activitatea de reîmprospãtare, şi de asemenea se reduce fenomenul de pâlpâire a imaginii. Timpul de rãspuns este foarte bun (sub 100ms). Dezavantajul lor este preţul înca mare, fiind foarte dificil de fabricat.

1.3.2 Tipuri de panouri 1.3.2.1 Thim Film Transistor (TFT)

Display-urile pasive folosite în trecut (denumite DSTN) suferã din pricina a douã limitãri: din cauza cãilor de conductoare lungi, prin intermediul cãrora sunt transmise semnalele de control de la marginea display-ului cãtre diferitele celule, tensiunea doritã se obţine destul de greu. Drept urmare, asemenea display-uri au nevoie de pânã la 200 de milisecunde pentru a construi imaginea; urmarea: afişarea imaginii “in trepte”, de exemplu la deplasarea mouse-ului. În afarã de aceasta, cãile conductoare se influenţeaza reciproc. Suprapunerile care apar au ca efect imagini deplasate la folosirea unui contrast puternic şi în plus micşoreaza spaţial de culoare ce poate fi reprezentat. În cazul tehnologiei matrice active , ce este în dezvoltare cam din 1970, controlul celulelor display-ului este integrat în panou. Fiecare celulã dispune de un transistor (Thim-Film-Transistor, de unde şi TFT), care regleazã tensiunea electrozilor. Prin controlul local se eliminã suprapunerea punctelor de imagine, iar timpul de reacţie a panoului se îmbunãtãţeste considerabil şi se coboarã pânã la 20-30 de milisecunde. Monitoarele TFT pot fi fabricate mult mai subţiri decãt monitoarele LCD clasice, fãcându-le totodatã mai uşoare şi cu rate de refresh apropiate de cele ale monitoarelor CRT.

1.3.2.2 Twisted Nematic (TN)

Un monitor LCD normal bazat pe matrice pasivã se compune dintr-un numãr de straturi. Primul strat este din sticlã şi este acoperit cu oxid de metal. Materialul folosit este foarte transparent astfel încât sã nu afecteze calitatea luminii. Acesta opereazã ca o reţea de coloane şi şiruri care conduc curentul necesar activãrii elementelor ecranului. Deasupra acestuia este aplicat un polimer care are o serie de şanturi paralele pentru a alinia moleculele cristalelor lichide în direcţia doritã, şi pentru a furniza o bazã pe care moleculele sã se prindã. Acesta este cunoscut ca stratul de aliniere. Mai exista înca un asemenea strat aplicat tot pe folie de sticlã, dar cu caneluri perpendiculare. Între cele 2 folii se pun distanţiere, pentru a pãstra o distanţã uniformã intre ele (Fig. 7;8).

16

Marginile sunt lipite cu o rãşinã, lãsându-se o deschizãturã pentru a putea introduce cristalele lichide. Dupã ce cristalele lichide se introduc în vid, toatã marginea este lipitã. La primele modele de monitoare LCD, acest proces era predispus la erori, astfel rezultând pixeli blocati sau lipsã, în locul unde cristalele lichide nu erau introduse corespunzãtor.

În urmãtorul pas tehnologic sunt aplicate filtrele de polarizare, astfel încat sã se potriveascã cu straturile de aliniere. La panourile TN, orientarea straturilor de aliniere variazã intre 90 şi 270 grade, în funcţie de rotaţia cristalelor lichide dintre ele. Sunt adãugate apoi lãmpi fluorescente cu catod rece de-a lungul marginii superioare şi inferioare a panel-ului pentru a asigura lumina monitorului, cristalele lichide neavând luminã proprie. Lumina de la aceste lãmpi este distribuitã de-a lungul ecranului cu ajutorul unor trasee de luminã din plastic sau cu ajutorul unor prisme.

Imaginea care apare pe ecran este creatã de lumina ce traverseazã straturile ecranului. Fãrã nici o tensiune aplicatã pe suprafaţa panoului, lumina din spate este polarizatã vertical de filtrul interior, refractatã de lanţul de molecule din cristalele lichide astfel încât sã treacã de filtrul de polarizare orizontal exterior. Aplicarea unei tensiuni duce la realinierea cristalelor astfel încât lumina sã nu mai poatã trece, producandu-se astfel un pixel negru. Ecranele color pur şi simplu folosesc trei filtre adiţionale de culoare, într-una din culorile de bazã roşu, verde sau albastru, peste cele existente pentru a crea un pixel multicolor. Astfel trei celule pot alcãtui împreunã o culoare oarecare. Aceastã construcţie simplã se întãlneşte atât în cele mai ieftine aparate cu display DSTN, cât şi în prima generaţie de display-uri TFT.

1.3.2.3 In-Plane Switching (IPS)

Tehnologia In-Plane Switching (IPS) a fost dezvoltatã de Hosiden şi NEC şi a fost una din primele schimbãri care a produs îmbunãtãţiri semnificative ale caracteristicilor de transmisie a luminii a monitoarelor TFT LCD. În 1995, Hitachi a fãcut un pas mare înainte în ceea ce priveşte dependenţa unghiurilor de vizibilitate: introducerea pe piaţã a aşa-numitelor panouri IPS care au permis obţinerea de ecrane plate cu un unghi de vizibilitate de peste 60 de grade, in orice directie.

Într-un monitor TFT LCD standard un capãt al cristalului lichid este fixat, iar celãlãlt se roteşte atunci când o tensiune este aplicatã, schimbând astfel unghiul de polarizare al luminii. O problemã a panourilor TN este cã alinierea moleculelor se altereazã cu cât sunt mai departe de electrod.

17

Cu IPS, poziţia cristalelor devine orizontalã şi nu verticalã ca în TN şi tensiunea este aplicatã la ambele capete ale cristalului. Acest lucru îmbunãtãţeste considerabil unghiul de vizibilitate, dar are nevoie de 2 tranzistori pentru fiecare pixel, astfel folosindu-se de douã ori mai mulţi tranzistori decât la un monitor TN cu aceeaşi rezoluţie native, fapt ce duce la marirea costurilor de fabricaţie şi posibilitatea de a avea mai multi pixeli defecţi.

Spre deosebire de tehnologia Twisted Nematic aplicatã în TFT-urile “simple” cristalele lichide din IPS-uri formeazã întotdeauna structuri omogene, fapt ce are efecte positive. Mai ales cã nu apare practic nici o undã de luminã orientatã “greşit” în direcţii oblice din celulele display-ului, ceea ce duce la o reprezentare de negru plin şi, implicit la obtinerea unui contrast puternic.

Din pãcate, tehnologia IPS prezintã şi câteva dezavantaje: cei doi electrozi ai unei celule IPS stau unul lângã celãlalt în calea luminii de la sursa din spatele ecranului spre suprafaţa display-ului. În afarã de acesta, cristalele din imediata apropiere a electrolizilor se aliniazã neregulat, conform câmpului electric, ceea ce conduce la dispersarea nedoritã a luminii. O mascã neagrã pentru zonele neomogene poate preîntâmpina acest lucru, însa micşoreazã şi mai mult exploatarea luminii. De aceea, panourile IPS au nevoie de o sursã de luminã mai puternicã în spatele ecranului decât panourile TN sau MVA, de exemplu, fapt ce duce la un consum crescut de curent devenind astfel nepotrivit pentru utilizare în dispozitivele mobile cum sunt notebook-urile sau PDA-urile.

Un alt dezavantaj este faptul cã apariţia unui câmp electric cu o formã deosebitã dureazã mai mult decât la alte tipuri de display-uri. Aparatele care folosesc tehnologia IPS reactioneazã destul de încet la schimbarea de imagini. Display-urile IPS din prima generatie mai au o particularitate mai puţin plãcutã: imaginile afişate timp mai indelungat lasã un soi de “umbrã” pe ecran, ca la un monitor cu tub invechit. Dar, spre deosebire de acesta, la ecranele plate, dupã un timp dispar aceste imagini gen “Fata Morgana”. La dispay-urile IPS actuale, aceastã eroare nu mai apare foarte rar.

1.3.2.4 Vertical Alignment (VA)

La sfârşitul lui 1996 Fujitsu a prezentat un panel TFT LCD care folosea un nou tip de cristal lichid care este în mod natural orizontal şi are acelaşi efect ca şi IPS , dar fãrã a fi nevoie de tranzistori în plus . Fujitsu foloseşte acest material pentru monitoarele sale de la mijlocul anului 1997. În sistemul vertically-aligned (VA), moleculele de cristale lichide sunt aliniate perpendicular pe substraturi când nici o tensiune nu este aplicatã, asfel realizându-se o imagine neagrã.

18

Când se aplicã o tensiune molecula se deplasează pe o poziţie orizontalã, producând o imagine albã . Fãrã nici o tensiune aplicatã , toate moleculele , incluzându-le pe cele de pe margine , sunt complet perpendiculare . În acest caz lumina polarizatã traverseazã celulele fãrã a fi întreruptã de cristalele lichide , dar este blocatã de filtrul de polarizare exterior . Din cauzã cã blocajul este complet , calitatea negrului produs în acest fel este excelentã şi unghiul de vizibilitate pentru el este din toate poziţiile .

1.3.2.5 Multi-domain Vertical Alignment (MVA)Continuând cercetãrile pentru panourile VA, Fujitsu a imbunãtãţit aceastã tehnologie, prezentând cu un an mai târziu tehnologia Multi-domain Vertical Alignment (MVA). În tehnologia mono-domain VA moleculele de cristal lichid se înclinau uniform pentru a reproduce o nuanţã intermediarã de gri. Din cauza alinierii uniforme a moleculelor, luminozitatea se modificã in functie de unghiul din care era privit ecranul. Când acest tip de panou este privit din faţã, subiectul vede doar o parte din lumina ce intrã în cristalele lichide. Dacã o celulã aflatã în aceastã stare este observatã din direcţia înclinãrii, suprafaţa va pãrea întunecatã. Pe de altã parte dacã celulele sunt observate din direcţia perpendicularã pe direcţia înclinãrii, se obţine cea mai mare valoare a luminozitãţii.

MVA rezolvã aceasta problema prin înclinarea cristalelor în mai mult de o direcţie într-o singurã celulã. Acest lucru se realizeazã prin împarţirea celulei în mai multe regiuni numite domenii şi prin folosirea unor ieşituri pe suprafaţa sticlei pentru a înclina moleculele în directia doritã. Prin combinarea regiunilor cu molecule orientate într-o direcţie cu regiuni în care moleculele sunt orientate în direcţii opuse, şi prin realizarea acelor arii de dimensiuni foarte mici, luminozitatea panoului poate fi fãcutã sã aparã uniformã din majoritatea unghiurilor din care este privit.

Se pare cã este nevoie de minim 4 domenii pentru a putea distribui uniform caracteristici cum sunt contrastul, cromatica şi luminozitatea pe mai multe unghiuri de vizibilitate. Unghiul de vizibilitate pentru un MVA cu 4 domenii este mai mare de 160 de grade, atât pe verticalã cât şi pe orizontalã. Luminozitatea finalã a pixelului se pãstreazã, contrastul şi reprezentarea culorii rãmân de asemenea constatnte atunci când unghiul de vizibilitate este mare. MVA reacţioneaza mult mai repede decât IPS, deoarece câmpul electric se formeaza rapid. Ca urmare a folosirii structurilor tridimensionale ce sunt necesare pentru subîmparţirea pe domenii, producerea display-urilor MVA este mai costisitoare, iar culoare neagra nu este atât de saturatã.

19

1.3.4 O privire de ansamblu

Chiar dacã materialele din care sunt construite panourile TFT nu putem spune cã ar fi aşa scumpe, producatorii sunt limitaţi în actiunile lor de caţiva factori. Mai întâi este investiţia iniţialã, care este substanţialã (de aceea nici nu sunt, de exemplu, decât caţiva producãtori de asemenea panouri TFT; situaţia este asemãnãtoare dintr-un anumit punct de vedere cu cea de la tuburile CRT - nu oricine produce monitoare işi face singur tuburile). În al doilea rând este rata de eşecuri: nu este prea greu de presupus cã la numãrul de straturi care sunt folosite şi mai ales la grosimea lor (foarte micã uneori) este inevitabilã apariţia rateurilor. Cu cât se doreşte obţinerea de panouri cu o diagonalã mai mare, cu atât posibilitatea de succes devine mai micã. De altfel, acesta este şi motivul pentru care destui producãtori se orienteazã cu predilecţie cãtre display-urile mai mici (se obţin mai multe şi astfel profitul este mai mare).

Asa cum vedeţi, toate cele trei variante tehnologice au avantajele şi dezavantajele lor. Producãtorii, fiind totuşi legaţi de obţinerea profitului, sunt nevoiţi în cele mai multe situaţii sã adopte varianta cea mai convenabilã din acest punct de vedere. Cum compromisul cel mai bun între pretenţiile utilizatori-lor şi costurile de producţie (rate de esec etc.) este oferit de prima dintre cele trei tehnologii descrise (Twisted Nematic), ea se bucurã de cea mai largã rãspândire la ora actualã. Nici celelalte douã (IPS si MVA) nu sunt însã de neglijat, din ce în ce mai mulţi fabricanţi orientându-se către ele.

1.3.5 Cum se creeazã culorile

Pentru a putea creea nuanţele necesare unui monitor color, trebuie sã existe nuanţe intermediare ale luminozitãţii între poziţia în care trece maximul şi minimul de luminã. Nivelele variabile de luminozitate necesare pentru a crea un ecran cu adevãrat color se obţin prin varierea tensiunii aplicate pe cristale. De fapt cristalele lichide se rãsucesc cu o vitezã direct proporţionalã cu mãrimea tensiunii aplicate, astfel permiţând controlul luminii ce poate trece . În practicã, varierea tensiunii la monitoare le LCD actuale poate oferi doar 64 (6 biţi) de nuanţe per element spre deosebire de monitoarele CRT care pot reda 256 nuanţe (8 biţi). Utilizând 3 elemente per pixel rezultã ca un monitor LCD poate reproduce un maxim de 262144 (18 biţi) culori, în comparaţie cu un monitor CRT care poate reda 16.777.216 culori (24 biţi) .

În timp ce 18 biţi sunt deajuns pentru majoritatea aplicaţiilor , pentru aplicaţiile de graficã sau foto aceştia nu sunt deajuns. Unii producãtori de monitoare LCD au încercat sa extindã adâncimea de culoare la 24 biti prin

20

reproducerea alternativã a mai multor nuanţe pe frame-uri succesive , tehnica fiind cunoscutã sub numele de Frame Rate Control. Totuşi, dacã diferentele sunt prea mari devin deranjante pentru ochi.Hitachi a dezvoltat o tehnologie prin care se aplicã o tensiune ce se modificã uşor pe celule invecinate pe parcursul a 3-4 frame-uri . Astfel se pot simula aproape 256 de nuaţe , mai exact 253 de nuanţe , ceeace ce se traduce în peste 16 milioane de culori , astfel obţinându-se imagini apropiate de cele ale monitoarelor CRT.

1.3.6 Pixeli morţi

Tranzistorii controleazã gradul de rotaţie al cristalelor deci şi intensitatea de roşu , verde şi albastru . Pentru realizarea unui ecran VGA sunt necesari 921,000 de tranzistori , în timp ce pentru o rezoluţie nativã de 1280x1024 se folosesc 3,932,160 de tranzistori (pentru un monitor de 17 inch) şi fiecare trebuie sã fie perfect. Pentru a fî realizatã matricea trebuie fabricatã pe un singur wafer de silicon şi ,deci, prezenţa câtorva impuritãţi va înseamna cã intreg wafer-ul nu va mai putea fi utilizat . Acest fapt duce la rate mari de pierderi în procesul de fabricaţie, fiind şi motivul principal pentru preţul mai mare al monitoarelor TFT. Este deasemenea motivul pentru care unele monitoare TFT pot prezenta pixeli defecţi , acolo unde tranzistorii au cedat.

Exista douã tipuri de subpixeli defecţi: Cei care sunt permanent aprinşi, apãrând în culori de verde, roşu sau

albastru Cei care sunt permanent stinşi, şi care apar ca nişte puncte negre.

Din pãcate repararea tranzistorilor defecti nu se mai poate face dupã ce monitorul a fost asamblat . Este posibil sa se dezactiveze un anumit pixel luminos folosind un laser special, dar acest lucru nu face decât sã treacã subpixeli din aprinşi în stinşi. Politica legatã de tehnologia de fabricaţie a monitoare lor LCD, a specificaţiilor de luminozitate, contrast, pixeli morţi este reglementatã pentru majoritatea monitoarelor LCD de standardul ISO 13406-2.

1.3.7 LCD vs CRT Monitoare le LCD urmeazã un set diferit de reguli faţã de monitoarele CRT oferind avantaje în termeni de spaţiu ocupat şi ergonomie , putere consumatã ,a ratei de reîmprospãtare a imaginii ce deseori provoacã dureri de cap şi ochi pentru un utilizator de monitor CRT , cât şi a geometriei perfecte . Totodatã monitoarele LCD au şi dezavantaje date de preţul mai mare faţã de un

21

monitor CRT , a ungiului de vizibilitate cât şi a acurateţii cu care pot reda culorile (panourile TN).În timp ce monitoarele CRT sunt capabile sã reproducã mai multe rezoluţii şi sã se scaleze pe dimensiunea ecranului, un monitor LCD , are un numãr fix de celule cu cristale lichide şi de aceea poate reproduce doar o singurã rezoluţie pentru o imagine pe întregul ecran , folosind fiecare celulã pentru un pixel . Rezoluţiile inferioare pot fi reproduse folosind doar o porţiune din ecran , fie pe tot ecranul dar prin interpolare , atribut ce face anumite monitoare LCD sã se deosebeascã de altele prin calitate imaginii reproduse la rezoluţii mai mici decât cea nativã . De exemplu , un monitor LCD cu rezoluţia nativa de 1024x768 poate reproduce o imagine cu rezoluţia de 640x480 folosind doar 67% din ecran. Totuşi majoritatea monitoarelor LCD sunt capabile sã redimensioneze imaginile de rezoluţie inferioarã celei native prin interpolare , astfel încât imaginea sã fie reprodusã pe tot monitorul . Aceastã metodã funcţioneazã mai bine pentru imaginiile cu ton continuu cum sunt fotografiile decât pentru text si imagini cu un grad mare de detaliu , unde pot rezulta obiecte cu un alias mare, pixelate . Cele mai bune rezultate sunt obţinute de un monitor LCD care reeşanţioneazã imaginea atunci când o redimensioneazã, aplicând şi o procesare anti-alias atunci când umple pixelii în plus . Unele monitoare pot face acest lucru mai bine decât altele în funcţie de producãtor si metoda de procesare a imaginii. Cu toate cã posibilitatea de a afişa imagini cu rezoluţii diferite nu este punctul lor forte , posibilitatea de a pivota ecranul din poziţia landscape în poziţia portrait este o caracteristicã tipicã monitoarelor LCD .Tehnologia care face acest lucru posibil este pe piaţã de pe la mijlocul anilor 90 şi acum a fost adoptatã de majoritatea producãtorilor de monitoare cât şi de notebook-uri. Modul portret este în particular potrivit pentru un numãr de aplicaţii ce ruleazã pe PC cum sunt procesoarele de text si calcul tabelar (Word, Excel) şi navigarea pe internet, etc. Majoritatea monitoare-lor LCD care vin cu pivot vin deasemenea şi cu software-ul necesar pentru a pivota imaginea un exemplu fiind Pivot Pro ce vine împreunã cu monitoarele Samsung . Întoarcerea imaginii a fost implementatã ca şi caracteristicã standard şi de producătorii de plãci video în ultimile versiuni de drivere disponibile , astfel obţinându-se timpi de rãspuns mai mici decât în cazul utilizãrii întoarcerii imaginii cu un software gen Pivot Pro . Începând cu anii 2000 , toate monitoarele LCD de 17 inch suportã nativ SXGA . 1024x1280 este în particular potrivitã pentru navigarea pe web , deoarece multe site-uri au început sa fie optimizate pentru rezoluţii mai mari 800x600.Spre deosebire de un monitor CRT , diagonala mãsuratã este aceeaşi cu suprafaţa vizibilã , deci nu existã nici un inch pierdut dupa carcasa monitorului . Acest fapt face ca suprafaţa vizibilã a unui monitor LCD sa fie cât cea a unui monitor CRT cu 2-3 inch mai mare.

22

Marime ecran LCD Marime ecran CRT Rezolutie14.5 inch la 15 inch 17 inch 1024x 76817 inch la 18 inch 19 inch 1280x 1024 sau 1600x 1200

Un monitor CRT are trei tunuri de electroni pentru fiecare culoare în parte ale cãror fluxuri de electroni trebuie sa fie perfect convergente pentru a putea crea o imagine clarã . Datoritã modului în care se formează imaginea pe un monitor LCD , acestea nu au probleme de focalizare, fiecare celulã deschizandu-se sau închizându-se independent. Existã un motiv pentru care textul se vede mult mai bine pe un monitor LCD . Pentru un monitor LCD nu se pune problema ratei de reactualizare (refresh rates) si tremuratului imaginii - celulele unui monitor LCD sunt fie pornite , fie oprite , astfel încat imaginile redate la rate de reactualizare de 40-60 Hz se vãd la fel ca cele redate la 75 Hz .

Totuşi , monitoarele LCD pot avea una sau mai multe celule defecte . Pe un monitor cu rezoluţia nativa de 1024x768 existã câte 3 celule pentru fiecare pixel - una pentru roşu , verde si albastru -rezultând astfel aproape 2.4 milioane celule (1024x768x 3 = 2,359,296). Existã şanse ca unele celule ( subpixeli) sã fie blocaţi fie pe aprins creând un punct luminos sau pe stins creând un punct negru.Monitoarele LCD au şi alte elemente care nu se gãsesc intr-un monitor CRT . Panourile sunt luminate cu tuburi fluorescente care se aflã in spatele panoului. Deasemenea spre deosebire de monitoarele CRT , monitoarele LCD nu emit radiaţii , astfel fiind mult mai potrivite pentru persoanele care petrec un numãr de ore considerabil în fata monitorului.

Este posibil sã aparã fenomenul de ghosting atunci când o imagine întunecatã sau deschisã poate afecta porţiunile învecinate cu ea . Unghiul de vizibilitate este o problemã a monitoarelor LCD care s-a mai atenuat datoritã evoluţiei tehnologie . Aceastã problemã apare datoritã faptului cã celulele cu cristale lichide nu emit luminã proprie , ci modulează lumina ce trece prin panel provenitã din lãmpile fluorescente aflate în spatele panel-ului în timp ce monitoarele CRT emit luminã proprie prin trecerea radiaţiei tunurilor de electroni în spectrul vizibil printr-un filtru de fosfor. La monitoarele ce emit

luminã proprie (CRT,Plasma) existã un material la suprafaţa panelului (fosfor) ce emite luminã care este uşor de vãzut din unghiuri mari. La monitoarele LCD, pe lângã lumina care trece prin pixelul dorit , lumina emisa oblic trece şi prin pixeliii invecinaţi cauzând distorsiuni de culoare.

23

Majoritatea monitoarelor LCD conectate la un calculator cu o ieşire analogicã VGA cu 15 pini folosesc un convertor analog-digital pentru a converti semnalul intr-un mod utilizabil de panou. Acest lucru reprezintã un impediment pentru adoptarea unor noi tehnologii de realizare a pandurilor cu cristale lichide, datoritã costurilor adãugate la aceste sisteme pentru a suporta o interfaţa analogicã.

Totuşi , la sfârşitul anilor 90 , câteva grupuri de producãtori au propus o interfaţa digitala pentru monitoare LCD ,dar fãrã a câştiga suportul necesar pentru a putea stabili un standard. Impasul a fost depãşit prin eforturile Digital Display Working Group (DDWG) care includea producãtori mari de talia Intel , Compaq , Fujitsu, Hewlett-PackardJBM, NEC si Silicon Image , grup ce s-a format în toamna lui 1998 cu scopul de a crea un set de specificaţii robuste , detaliate si extensibile ale interfeţei dintre monitoarele digitale şi computere. În primãvara lui 1999 grupul a aprobat prima versiune a Digital Visual Interface(DVI),un set detaliat de specificaţii care descriau protocolul de comunicaţie , partea electricã cât si cea mecanicã , fiind scalabil si pentru monitoarele digitale de înalta rezoluţie şi care furniza şi un conector care sã suporte atât monitoarele analogice cât si cele digitale.

1.3.8 Termenii

Contrast: Domeniul de valori dintre cel mai deschis şi cel mai închis ton dintr-o imagine . Cu cât acesta este mai mic , cu atât nuanţele vor semãna unele cu altele . Cu cât domeniul este mai mare cu atât pot fi percepute mai multe nuanţe.Luminozitate: Luminozitatea este o mãsura a intensitãţii globale a imaginii . Cu cât aceasta este mai joasã cu atât imaginea va fi mai intunecatã.Pixel: Abreviere pentru "Picture Element".Într-o matrice , pixelul este cea mai micã unitate care poate fi adresatã şi cãreia i se poate atribui o intensitate sau o culoare .Ghosting: Efect vizual în care o zonã de pixeli aprinşi provoacã o umbrã în pixelii stinşi in acelaşi rând si coloanã.DVI Digital Visual Interface: standard pentru conectarea digitala a plãcilor grafice cu monitoarele.LCD Liquid Crystal Display: tehnologie de producere a monitoarelor care se bazeazã pe filtre de polarizare şi celule cu cristale lichide pentru a produce o imagine spre deosebire de iluminarea fosforului de o razã de electroni aşa cum se întamplã la monitoare le CRT .

24

TFT Thin Film Transistor: un tip de monitor LCD în care fiecare pixel este controlat de unu sau mai mulţi tranzistori . Monitoarele TFT mai sunt cunoscute şi sub numele de monitoare LCD cu matrice activã.

1.4 Plasma Plasma gazoasã - gaz în care mãcar o parte a atomilor şi moleculelor se aflã în stare ionizată. Cauzele ionizãrii pot fi: temperaturi înalte, ciocnirile electronice (la descãrcãrile în gaze), radiaţiile electromagnetice ş.a. Cea mai importantã caracteristicã a plasmei este proprietatea ei de a fi cvazineutrã, adicã în orice punct al spaţiului pe care-1 ocupă ea, sarcina spaţialã pozitivã este compensatã (sau aproape compensatã) de sarcina spaţialã negativã. Aceastã proprietate a plasmei este o consecinţã a faptului, cã în jurul oricãrei sarcini e se grupeazã particulele încãrcate, dar de semn opus. Plasma gazoasã posedã o serie de particularitãţi specifice (conductibilitate electricã şi plasticitate mare, interacţiuni puternice cu cîmpurile electromagnetice exterioare ş.a), ceea ce permite dea o considera stare deosebitã („a patra" stare de agregare) a substanţei. Plasma se întîlneste destul de des în condiţii naturale si de laborator. Orice flacãrã, explozie, fulger, comprimare şi dilatare bruscă este însoţită de gaze ionizate. Plasma apare şi la trecerea unui curent electric prin gaze (lampã cu luminã de zi, gazotron, ş.a). straturile superioare ale atmosferei terestre (ionosfera), ionizate de radiaţiile solare, deasemenea conţin Plasmã. Stelele fierbinţi si unii nori interstelari, care au temperaturi înalte, sînt formate din Plasmă complect ionizatã. În prezent plasma se foloseşte pe larg în cele mai diverse ramuri ale ştiinţei şi tehnicii: pentru tratamentul termic al metalelor, depunerea unor straturi de protecţie, topire şi pentru alte operaţii metalurgice. În ultimul timp plasma este folosită pe larg de chimişti. Ei au constatat cã unele reacţii chimice decurg mai repede şi mai eficientã sînt realizate într-un jet de plasmã. De exemplu, metanul, fiind introdus într-un jet de plasmã hidrogenicã, se transformã în acetilenã, iar vaporii de petrol pot fi descompuşi într-o serie de compuşi organici: etilena, propilenã şi alţii, care servesc ca materie primã pentru obţinerea unor metale polimere.

1.4.1 Ecranele cu plasmă (PDP - Plasma Display Panels)

Primul ecran cu plasma a fost lansat pe piaţa in 1997, de către Pioneer. În 1998, la Olimpiada de Iarnã de la Nagano, a fost considerat cea mai bunã soluţie de afisaj cu diagonala mare. Tehnologia utilizatã în realizarea ecranelor cu plasmã este în dezvoltare de mai mulţi ani, şi promite foarte mult în domeniul afişãrii informaţiei. Un strat de gaz special este interpus între douã ecrane

25

transparente, pe care existã fixate rânduri respectiv coloane de electrozi sub formã de pelicule transparente.Prin activarea unei anumite perechi de electrozi rând-coloanã, gazul de la intersecţia lor se ionizeazã, emiţând luminã. Tipul gazului determinã culoarea de afişare. Imaginile afişate prezintã contrast şi strãlucire excelente, şi, în plus, scalarea la dimensiuni mai mari se poate face uşor. Nu sunt în totalitate rezolvate problemele legate de afişarea în nivele de gri şi color.

1.4.2 Detalii constructive

Gazul Xenon si Neon din ecranul unui televizor cu plasmã este reţinut în sute de mii de celule minuscule poziţionate între doua straturi de sticla. Între straturie de sticlã sunt de asemenea şi electrozi lungi in fatã şi în spatele celulelor (Fig 9). Electrozii din fata pixelilor sunt transparenţi şi izolaţi cu o soluţie de oxid de magneziu. Circuitul de control creeazã o tensiune între electrozi ce se descarcã în gaz cauzând ionizarea acestuia şi producerea plasmei.În timp ce ionii gazului se indreaptã cãtre electrozi, fotoni sunt emişi. În monitoarele monocrome, o micã cantitate de nitrogen este adãugata în gaz pentru a prelungi histerezisul. Acestea nu necesitã tensiuni mari pentru funcţionare. Spre deosibire,plasmele color au o cantitate mica de fosfor în spatele pixelilor. Aceasta este excitatã de cãtre fotonii ultravioleţi emisi de plasma şi sunt emişi fotoni vizibili. Fiecare pixel este format din trei subpixeli cu fosfor pentru culorile primare. Pentru a obţine luminozitãţi variabile, pixelii pâlpâie dupa un model precis pentru a forma milioane de culori. La fel ca şi tuburile catodice, ecanele cu plasmã produc imagini de înalta calitate.

1.4.3 Plasma vs. LCD

Atât plasmele, cât şi LCD TV-urile de dimensiuni impresionante ajung de cele mai multe ori mai târziu pe rafturile magazinelor autohtone şi, în majoritatea cazurilor, la preţuri exorbitante. Chiar şi aşa, dimensiunile plasmelor expuse la vânzare în Romania sunt înca superioare LCD TV-urilor. Sã începem însa cu dezavantajele. Cea mai mare problemã a televizoarelor cu plasmã o reprezintã efectul de "remanenta ireversibilã", produs de imaginile statice. Mai exact, dupa o utilizare îndelungata a plasmei, imaginile inerte produc un efect destul de deranjant. Aceastã imagine rãmâne imprimatã pe fundal, uşor perceptibila şi deranjantã pentru ochiul uman în timpul vizionãrii. Cel mai mare risc al LCD TV-urilorsunt pixelii "morţi" de care am povestit mai sus.

26

Marele avantaj al televizoarelor cu plasmã il reprezintã rapiditatea cu care imaginea este transmisã pe ecran. LCD TV-urile nu pot reda imaginile in aceleaşi condiţii din simplu motiv cã acestea au fost concepute iniţial ca şi monitoare pentru PC-uri, calitatea transmisiei TV nefiind luata în seama la momentul respectiv.

Conform specialiştilor, televizoarele cu plasmã au o duratã de viaţã de la 20.000 pânã la 30.000 de ore, ceea ce reprezintã minimum doi ani de funcţionare nonstop. Dupa aceastã perioadã, luminozitatea se mai reduce, însa nu la un mod foarte deranjant. De cealaltã parte, LCD TV-urile au o duratã de viatã de 50.000 - 60.000 de ore, echivalentul a cel puţin cinci ani de funcţionare nonstop. Trebuie menţionat cã aceste cifre reprezintã durata minimã de viatã şi cã nu reprezintã un punct de referinţã capital. Existã posibilitatea cã atât o plasmã, cât şi un LCD TV sã funcţioneze dublu numãrului de ore de mai sus fãrã a manifesta vreo defecţiune perceptibilã ochiului uman.

1.5 Organic light emiting diode disaply (OLED)

Istoria Oled-ului (Organic Light Emitting Diode Display) începe din anii 1960. În acea vreme, display-urile erau dispozitive destul de simple şi mici, la un cost redus. Industria nu era destul de ambiţioasã pentru a cere afişare graficã sau mãcar liniarã, de aceea se cautã un dispozitiv ce putea sã afişeze o singurã literã sau cifrã. Câteva tipuri de dispozitive alfa numerice au fost create. Acestea se bazau pe filamente incandescente, porţiuni de filament erau necesare pentru a afişa o literã sau un numãr. Aceste dispozitive erau în realitate construite din tuburi vidate cu o viata relativ scurtã.

Pentru a trece peste limitãrile acestei tehnologii a fost dezvoltat un display bazat pe semiconductoare cu antracen ce emitea lumina. În 1987, un grup de cercetãtori de la Laboratoarele Kodak au descoperit cã anumite materiale organice cu masa molecularã redusã emiteau luminã prin recombinare atunci când un curent electric trecea prin el. Primul material de acest gen a fost Alq3, bazat pe aluminiu şi producea o luminã verde. Speranţele extrem de mari pe care şi le puneau cercetătorii în noul material se datorau faptului cã materialul descoperit producea o luminã foarte puternicã. De-a lungul timpului, Kodak a dezvoltat materiale organice luminoase pentru alte culori, inclusiv roşu, verde, albastru ş alb. Pioneer Corporation din Japonia a fost prima companie care a introdus în producţia sa noul tip de display, OLED, display-ul bazat pe diode organice emiţătoare de luminã. începând din 1998, Pioneer a produs sisteme audio pentru automobile si telefoane celulare ce utilizau display-uri bazate pe noile materiale

27

descoperite de Kodak..

Un remarcabil display color de 5,5 inch construit de Sanyo a fost prezentat în mai 2000. Alte materiale organice au fost studiate şi proprietãţile de emitere aluminii au atras importante fonduri de cercetare. Astfel, Light Emitting Polymer,LEP (un polimer organic) a fost descoperit în 1989 de laboratoarele de la Universitatea Cambridge. Materialul putea fi utilizat pentru a forma o diodã, iar atunci când trecea un curent electric de voltaj redus emitea lumina in mod similar cu o dioda obişnuitã. Philips Electronics Corporation a fost prima firmã care a utilizat licenţa CDT (Cambridge Display Technology) şi a adus-o pe piaţã.

Monitoarele OLED sunt dispozitive în stare solidã compuse din filme subţiri de molecule organice care emit lumina folosind energie electricã. Panourile OLED pot oferi display-uri mai luminoase cu un contrast mai ridicat pentru dispozitive portabile datoritã consumul mai redus de energie comparativ cu diodele LED clasice.

1.5.1 Structura:

Ca şi un LED, un OLED este un dispozitiv semicoductor solid cu o grosime de la 100 pana la 500 nanometri sau de 200 ori mai subţire decât un fir de pãr uman (Fig 10). OLED-urile pot avea doua sau trei straturi de material organic, al trei-lea strat având rolul de a transporta electronii de la catod la stratul emisiv. În componenta OLED-ului intrã:

1. Substrat (plastic, sticlã, folie) - Substratul susţine dioda 2. Anod (transparent) - Anodul înlocuieşte electronii cu goluri 3. Straturi organice - Acestea sunt fãcute din molecule organice sau polimer 4. Strat conductiv - Acest strat este fabricat din molecule de material plastic organic care transportã "gãuri" de la anod. Un polimer utilizat în compoziţia OLED-urile este polietena. 5. Strat emisiv - Acest strat se fabricã de moleculele organice de plastic (diferite de cele de la stratul conductiv) fiind locul în care lumina este emisã. Un polimer utilizat în stratul emisiv este polifloriena. 6. Catodul - Injecteazã electroni cand curentul circulã.

28

1.5.2 Tehnologii fabricaţie

Cea mai importantã etapa de fabricaţie este depunearea straturilor organice pe substrat. Existã trei metode utilizate: Depunearea în vacuum: Moleculele organice sunt încalzite într-o camerã vidatã şi condensate sub forma unui film subţire pe substrat. Metoda este scumpã şi ineficientã. Depunerea în stare de vapori: Într-un reactor de micã presiune, un gaz transportã molecule oraganice evaporate pe substraturi rãcite unde se condenseazã sub forma unui film subţire. Tehnica este mai ieftinã şi mai eficientã. Imprimarea: Prin aceastã metodã se pot obţine panouri de dimensiuni mari la preţuri reduse pe diferite substraturi.

Emisia de luminã are loc sub acţiunea unei diferenţe de potenţial. Un curent electric circulã de la anod la catod prin straturile de material organic. Anodul scoate electronii din stratul conduciv de molecule organice lãsând în urmã goluri. Acestea în urmã se întalnesc cu electronii la marginea dintre straturile conductor şi emisiv, în urma acestor interacţiuni fiind eliberatã lumina. Culoarea luminii depinde de tipul materialului ales pentru stratul emisiv, luminozitatea fiind proporţionalã cu intensitatea curentului electric.

OLED-urile sunt de doua tipuri: pasive şi active. Cele de tip pasiv au matrici de conductoare orizontale şi verticale care sunt activate de circuite exterioare, acest lucru ducând la un consum mai ridicat. Panoruile OLED cu matrice activã folosesc acelaşi principiu de lucru ca şi în cazul LCD-urilor TFT. Acest lucru le face potrivite pentru utilizarea în domeniul televizoarelor şi monitoarelor.

1.5.3 Utilizãri

Astãzi, OLED este folosit la unele dintre cele mai performante telefoane mobile, PDA-uri, Mp3 playere, media-playere, camere foto şi video digitale, iar de curând a fost lansat primul TV şi primul ceas ce conţin şi tehnologie OLED. La aceastã listã putem adaugã sisteme de navigaţie din automobile şi, bineinţeles diverse echipamente militare.

1.5.4 Avantaje

Cel mai puternic avantaj al tehnologiilor OLED este ca display-ul emite luminã, cantitatea de curent este extrem de redusã şi nu necesitã o iluminare frontalã sau din spate. Un display pe cristale lichide tradiţional foloseşte 5% din putere

29

pentru afişare si 95% pentru iluminarea acesteia.În cazul OLED, iluminarea nu este necesarã. Pentru un notebook aceasta se traduce în mãrirea de 3 ori a duratei de viaţã a bateriei.

Display-urile OLED au şi avantajul de a afişa o scenã ce poate fi vizualizatã din orice unghi. De asemenea, ele pot fi puse pe materiale diverse. Unele dintre cele mai spectaculoase aplicaţii ale acestei tehnologii o reprezintã ecranele transparente, cele flexibile şi chiar folosirea suportului textil sau de hârtie. Display-urile LCD de astãzi au întârzieri de 4-20 milisecunde iar timpul de rãspuns al noului display OLED de la Sony este de 0,01 milisecunde, fiind de câteva sute de ori mai rapid. Tehnologia OLED da posibilitatea de a crea display-uri flexibile ce pot fi introduse chiar şi într-un pix.

Viitorul

Dacã în urma cu doi-trei ani problema cea mai mare pe care o întampinau producãtorii era dimensiunea micã a ecranului, astãzi nu mai existã aceastã limitare. Pentru a ne putea forma o idee clarã asupra viitorului acestei tehnologii putem enumera câteva dintre aplicaţiile la care se gândesc deja cercetãtorii: parbrizele-display pentru maşini (conducãtorul auto va putea vedea direct pe parbriz toate datele care în mod normal sunt afişate de ceasurile de bord); ziarul digital (un ziar ce se actualizeazã permanent direct de la satelit cu cele mai noi ştiri); haine ce îşi schimbã culoarea; pereţi ce lumineazã în orice culoare, iar aceasta lista este limitata doar de imaginaţia producãtorilor.

Limitãri

Potenţialul acestei tehnologii este uriaş, dar mai existã câteva probleme care trebuie rezolvate. Limitãrile duratei de viaţa din cauza oxidãrii, caracteristicile variabile în funcţie de temperatura, variaţiile de nivel de negru, rezoluţia reprezintã numai câteva dintre cele mai importante obstacole în lansarea în producţie a acestui tip de dispozitiv. Daca unii cercetãtori estimeazã cã în anul 2009 piaţa dispozitivelor bazate pe tehnologia OLED va ajunge la 3 miliarde dolari, scepticii afirmã cã aceste tipuri de display-uri nu vor fi folosite niciodatã pe scara largã în principal din cauza duratei de viaţa mici. Pentru ca un televizor sã conţinã doar tehnologie OLED, durata de viaţa a ecranului trebuie sã fie de cel puţin 10 ori mai mare decât este în prezent.

1.6 Viitorul: Ecrane cu nanotuburi de carbon - Puţinã istorie

Povestea nanotuburilor începe în 1991, când japonezul Sumio Iijima, specialist

30

în domeniul microscopiei electronice, a început sã se preocupe de problema fulerenelor (despre fulerene aveţi informaţii detaliate în numărul 7/8 - 2004 al revistei Ştiinţa si tehnica). Pentru a le fabrica el utiliza un cuptor special, cu atmosferã inertã, în care se declanşa un arc electric între doi electrozi din carbon pur. în urma experimenţelor rezultau fulerene, dar şi o serie de reziduuri. Japonezul, om riguros ca orice om de ştiinţã, s-a apucat sã studieze la microscop şi reziduurile rãmase dupã obţinerea fulerenelor. Sã nu credeţi cã este o treabã simplã. Este nevoie de multã meticulozitate. Meticulozitatea japonezului i-a fost rãsplãtitã într-un târziu. El a devenit descoperitorul nanotuburilor de carbon, obiecte de dimensiuni nanometrice, dar cu un potenţial de-a dreptul incredibil în ceea ce priveşte aplicaţiile viitoare. Despre una dintre ele vã vom povesti mai departe.

Începuturi

Sub acţiunea unui câmp electric nanotuburile emit electroni, care sunt acceleraţi pe toata lungimea lor. Aceşti electroni, emisi, acceleraţi şi ghidaţi de cãtre nanotub, atunci când lovesc un ecran fluorescent produc un mic punct luminos. Mai departe, pe hârtie, lucrurile sunt simple. Realizãm o matrice din nanotuburi de carbon, aşezãm deasupra un ecran fluorescent, gãsim o cale prin care sã conectãm fiecare nanotub la o sursã de tensiune electricã variabilã şi gata, avem un display! Asa cum se întâmplã adesea, ce este simplu pe hârtie devine complicat atunci când doreşti sã pui în practicã. Japonezul Saito, despre care povesteam la începutul articolului, a reuşit, în 1998, sã realizeze un mic ecran luminos, bazându-se pe consideraţii asemãnãtoare cu cele arãtate mai sus. Acela era doar un început. Apoi a început o adevãratã cursã tehnologicã pentru realizarea unor adevãrate display-uri, care sa poatã fi comercializate la preţuri cât mai scãzute.

Prezentul

Se pare cã, cel puţin pentru moment, învingătorul este firma coreeanã Samsung (Fig 11). Aceasta a realizat primul prototip al unui display cu nanotuburi de carbon. Rezultatul este unul firesc, dacã avem în vedere cã Samsung a cheltuit în 2003 suma de 2,9 miliarde de dolari numai pentru cercetare-dezvoltare. De fapt, cei de la Samsung sunt conştienţi de faptul ca nu ar putea realiza singuri noile ecrane. De aceea ei s-au focalizat pe anumite tehnologii specifice, legate mai ales de asamblarea finalã a display-urilor. Astfel nanotuburile utilizate sunt cumpãrate din SUA, de la firma Carbon Nanotechnologies. Un gram de nanotuburi costa în prezent 100 de dolari, iar în următorii doi ani preţul va coborî spectaculos la numai 10 dolari/gram. Sã vã

31

mai spunem ca din acest gram de nanotuburi se pot fabrica pânã la 6 dispaly-uri...

Nanotuburile trebuie fixate pe un suport cu ajutorul unui adeziv special, care sã îndeplineascã anumite condiţii, cum ar fi: rezistenţa la tracţiune, capacitatea de a fi depus în straturi extrem de subţiri şi cea de a fixa precis nişte obiecte atât de mici cum sunt nanotuburile de carbon, coeficient de dilatare controlat etc. Nici acest adeziv nu este produs de Samsung, ci de cãtre firma DuPont.

Alte elemente-cheie din construcţia noilor display-uri au fost dezvoltate, la cererea companiei Samsung, de cãtre firme din întreaga lume, ceea ce a permis coreenilor sã îşi focalizeze atenţia asupra lucrurilor esenţiale. Sã vã dãm câteva exemple. Asa cum vã imaginaţi deja, aceste ecrane cu nanotuburi de carbon sunt alcãtuite din douã straturi între care sunt plasate nanotuburile. Pentru a funcţiona este necesar ca între ele sã fie scos aerul, altfel electronii emisi nu ar mai ajunge niciodatã în locul dorit pe ecran. Dar prin extragerea aerului întreg ansamblul se va deforma sub acţiunea presiunii atmosferice, deci este necesar un sistem de rigidizare. Ideea cea mai simplã ar fi sa plasãm câteva distantiere între cele douã straturi ale display-ului, iar unele dintre acestea ar trebui puse chiar în mijlocul ecranului. Dar asta înseamnd cã acolo nu vom avea pixeli pentru imagine! Nimeni nu va accepta un monitor pe care sã vadã o mulţime de puncte negre. Varianta aceasta este inaplicabilã. Mai existã o soluţie, care, probabil, a fost aleasa de Samsung: alegerea unor materiale foarte rezistente, care sã se deformeze doar în limitele acceptabile sub acţiunea presiunii atmosferice. O altã problemã este cea legatã de dilatãri. Pe timpul funcţionãrii ecranul se încãlzeşte, deci componentele care îl alcãtuiesc îşi vor modifica dimensiunile. De aici ar rezulta, în cel mai bun caz, deformarea imaginii pe parcursul funcţionãrii. în cazul cel mai rau, ecranul nostru s-ar putea distruge. Care ar fî soluţia? Trebuie sã cãutãm materiale care au acelaşi coeficient de dilatare. Simplu, nu-i aşa? Exact asta a fost si soluţia la care a apelat Samsung. Deocamdatã nu ştim mai multe, deoarece elementele esenţiale ale tehnologiei puse la punct de cãtre Samsung sunt, firesc, secrete.

Acum, dupa ce am trecut în revistã câteva dintre problemele care au trebuit sa fie depãşite pentru a putea realiza un display cu nanotuburi de carbon, credem ca a venit momentul pentru câteva cifre. Pentru fiecare pixel de imagine este folosit un mãnunchi alcãtuit din 10.000 de nanotuburi de carbon. Tehnologiile actuale ne permit sã grupãm un număr atât de mare de nanotuburi pe o suprafaţã extrem de micã. Dar noi nu putem avea controlul asupra orientãrii lor, altfel spus nu putem sã le aliniem perfect. O parte se vor orienta astfel încât electronii ce trec prin ele se vor îndrepta în direcţii nefavorabile, astfel încât nu vor ilumina

32

pixeli. Ce este de fãcut? Aici este simplu de rãspuns. Nu este nimic de fãcut, pentru cã nu conteazã. Este suficient ca 30-50% dintre nanotuburi sã fie orientate corect, pentru ca pixelul de imagine sã funcţioneze în parametrii impuşi.

Viitorul

Sã nu ne imaginãm ca numai Samsung are preocupãri în gãsirea de noi tehnologii pentru fabricarea de display-uri. Pe aceeaşi cale merg şi japonezii, iar echipa condusa de Saito (cel despre care vorbeam la începutul acestui articol) are, la rândul ei, rezultate notabile, deşi nu a ajuns încã în stadiul la care se aflã coreenii. Sã spunem cã japonezii au chiar un proiect national ce are ca obiectiv realizarea de ecrane cu nanotuburi de carbon, cãruia i-au fost alocate 2,5 milioane de dolari. Pe aceeaşi direcţie merg şi Motorola şi alte companii specializate în tehnologii de vârf. Se vor generaliza acest gen de display-uri? Vor ocupa ele un segment important din piaţã? Deşi nanotehnologia se aflã într-un proces de dezvoltare exponenţialã, privitor la subiectul nostru, este greu de fãcut prognoze. Totul se reduce la probleme de cost. Dacã noile ecrane vor fi mai ieftine, atunci putem spera cã noua tehnologie se va impune pe piaţã. De fapt, este vorba de ceva mai mult decât o simplã speranţã, deoarece Samsung sperã sã poatã ajunge repede la un cost de numai 7 dolari pe inci, pentru display-urile bazate pe nanotuburi de carbon.

Dar ameninţarea nu vine numai de la ecranele cu plasmã sau de la cele cu cristale lichide. Vechea tehnologie a tuburilor catodice nu şi-a spus ultimul cuvânt. În luna iulie o filialã a Samsung a anunţat cã va începe comercializarea unui ecran de 32 de inci, care va avea grosimea de 14 inci (35,56 cm), adicã jumãtate din cea a unui tub catodic clasic. Costul unui asemenea tub este cu 30% mai mic decât cel al ecranelor cu plasmã sau cristale lichide, oferind, în acelaşi timp, imagini de o calitate superioarã.

Iata de ce este greu de prognozat viitorul ecranelor cu nanotuburi de carbon. Suntem convinşi însã cã viitorul, indiferent de ce va impune piaţa, ne va aduce în case ecrane mai ieftine, cu consumuri de electricitate mai mici şi cu o calitate a imaginii la care astãzi nu putem decât sã visãm.

1.7 Ecranele tactile (touch screens)

Ecranele tactile nu propun o altã soluţie de afişare a informaţiei, ci adaugã un element nou la tehnologiile existente: posibilitatea de selectare şi manipulare a informaţiei de pe ecran, cu mâna. Domeniile de utilizare sunt multiple, de la

33

biblioteci şi mari magazine, pânã la restaurante şi staţii de metrou; în general oriunde este vorba de informarea comodã şi directã a publicului. În prezent s-au impus patru tehnologii de fabricare a ecranelor tactile: capacitive, acustice (SAW -Sound Acoustic Wave), rezistive şi infraroşii.

Ecranele tactile capacitive: Pe sticla monitorului este aplicat un film subţire şi transparent de substanţã conductoare electric. Deasupra filmului conductiv, se aplicã un nou strat de sticlã, izolator. Electrozi poziţionaţi în colţurile ecranului, şi conectaţi la filmul conductiv, preiau sarcinile electrice induse în mod capacitiv pe film. În momentul în care degetul atinge suprafaţa ecranului tactil, induce sarcini electrice pe filmul conductiv, care sunt preluate sub formã de curenţi de cãtre controllerul ecranului, care calculeazã poziţia curentã a degetului.

Ecranele tactile acustice: Tehnologia SAW (Sound Acoustic Wave) adaugã în plus, faţã de cea capacitivã, posibilitatea detectãrii nivelelor (gradienţilor) de presiune, şi permite lucrul cu mãnuşi (care sunt izolatoare electrice). în plus, funcţionarea nu e afectatã de zgârierea suprafeţei de sticlã protectoare a ecranului. Este, în schimb, sensibilã la picãturi de lichide sau urme de grãsime pe ecran. Se poate instala uşor pe un monitor normal, de cãtre utilizator, fără a fi necesara asistanţã tehnicã. Funcţionarea se bazează pe emiterea de unde sonore de-a lungul suprafeţei ecranului. în momentul în care degetul se interpune în calea semnalului, i se calculeazã poziţia prin cooronatele x şi y, şi presiunea - prin coordonata z.

Ecranele tactile rezistive: Cea mai veche şi mai popularã, tehnologia rezistivã se bazeazã pe interpretarea presiunii de apãsare pe ecran. Elementul de bazã este un sistem suprapus de site metalice, sau un strat plastic conductiv de puncte de presiune, dispuse pe sticla exterioarã a ecranului monitorului. Poziţia punctului de contact este determinatã prin calcularea curenţilor electrici ce apar în dispozitivul-senzor amintit. Deşi sunt sensibile la zgârieturi, ecranele tactile rezistive sunt ieftine, prezintã timpi de răspuns buni, detecteazã gradienţi de presiune, şi se pot utiliza mãnuşi. Se preteazã foarte bine în aplicaţii medicale sau medii industriale, cât şi la sisteme de informare a publicului.

Ecranele tactile cu infraroşii: Sunt utilizate mai rar, mai ales în medii de laborator, deoarece sunt prea lente, prea sensibile la impuritãţile din aer şi la elementele strãine de pe suprafaţa ecranului, şi nu oferă rezoluţii suficiente pentru uz general. Tehnologia se bazeazã pe utilizarea unei rame cu diode şi senzori de infraroşu, care sesizeazã prezenţa oricãrui obiect interpus în calea unei raze infraroşii din reţea.

34

ANEXE

Fig. 1 Tubul Catodic

1. Tunul de Electroni2. Fascicolul de Electroni3. Bobibe de Focalizare4. Bobine de Deflexie5. Conexiunea Anodului6. Mască pentru separarea fasciculelor pentru părţile roşie, verde şi albastră

a imaginii afişate7. Strat fosforescent, cu zone roşie, verde şi albastră8. Gros plan cu faţa interioară acoperită cu fosfor a ecranului

35

Fig. 2 Dot Trio

Fig. 3 Aperture grill

Tun albastru

Tun roşu Tun

verde

Fosfor roşu

Fosfor verde

Fosfor albastru

Tun roşu

Tun verde

Tun albastru

FireFosfor roşu

Fosfor verde

Fosfor albastru

Fig. 4 Croma clear

36

Tun roşu

Tun verde

Tun albastru

Fosfor roşuFosfor verde

Fosfor albastru

Dimensiune orizontala

0,28mm

0,25mm

Fig. 5 Dot Trio Fig. 6 Aperture Grill

37

0,25mm

Fig. 7 Twisted Nematic

Fig. 8 Twisted Nematic

38

Fig. 9 Monitor cu plasma

Fig. 10 OLED

39

Fig. 11 Monitor cu Nanotuburi

40BIBLIOGRAFIE

-Dan Chiciudean, Mihai V. Micea, Erwin Lovasz, Marius Mateas, Mihai Udrescu-Milosav, "Real-Time Person Tracking Video System", Scientific Bulletin of "Politehnica" University of Timişoara, Transactions on Mechanics, Vol. 50 (64), Special Issue dedicated to the 11 -th International Conference of Vibration Engineering, Timişoara, Romania, Sep. 2005, pp. (9-14), ISSN 1224-6077.

-Hari Singh Nalwa (Ed.), Handbook of Luminescence, Display Materials and Devices, Volume 1-3. American Scientific Publishers, Los Angeles (2003). ISBN 1-58883-010-1. Volume 1: Organic Light-Emitting Diodes

-George W. Gray, Stephen M. Kelly: "Liquid crystals for twisted nematic display devices", J. Mater. Chem., 1999, 9, 2037-2050

-Kanicki, Jerzy (1992). Amorphous & Microcystalline Semiconductor Devices Volume II: Materials and Device Physics. Artech House, Inc.. ISBN 0-89006-379-6.

-Raport EUMAP octombrie 2005 - Televiziunea în Europa

www.tehnologie.rol .rowww.wikipedia.orgwww.howstuffworks.comwww.stiintasitehnica.rowww.chip.rowww.referat.ro

41