Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1989/D19890126Elc023.shtml

Высококачественные дисплеи для портативных компьютеров

УДК 681.327.22

Лиза Ганн (Lisa Gunn)
Редакция Electronics

Lisa Gunn. Laptop displays look sharp, ED, 1989, No.2, pp.39,40,42,44.

Благодаря стандарту VGA и цветной графике дисплеи портативных компьютеров стали, наконец, способными конкурировать с их настольными аналогами.

Портативные средства и системы автоматизации инженерных работ (САИР) чрезвычайно привлекательны для любого инженера, который когда-либо задерживался на работе с целью закончить проектирование или моделирование. Однако до последнего времени высококачественные графические дисплеи, предназначенные для САИР, не входили в состав портативных компьютеров. Последние достижения в области дисплеев для портативных компьютеров наиболее совершенных типов позволяют получать лучшие по качеству графические изображения, чем настольные компьютеры.

Выпуск в 1988г. в продажу целой серии портативных компьютеров вызвал к жизни яростную конкуренцию среди ведущих изготовителей. По словам Рода Каниона, президента и главного администратора фирмы Compaq Computers, с момента появления портативных компьютеров их дисплеи всегда были самой большой проблемой как для инженеров, так и для дизайнеров. Дисплеи современных портативных компьютеров имеют четкое и яркое изображение, а их характеристики регулярно улучшаются.

В портативных компьютерах можно увидеть экраны самых разных типов. Благодаря малой массе и низкой потребляемой мощности наиболее распространены жидкокристаллические (ЖК) индикаторы. Газоразрядные знакосинтезирующие индикаторы хотя и имеют более высокую контрастность, чем ЖК-индикаторы, потребляемая ими мощность значительно выше и поэтому они обычно применяются в портативных компьютерах с неавтономным источником питания.

С момента появления в 1930-х годах ЖК-индикаторы прошли долгий путь развития. Такой их параметр, как время отклика был улучшен благодаря применению химических веществ с более быстрой реакцией и уменьшению емкостей шин формирователей возбуждающих напряжений. Однослойная конструкция превратилась в двухслойную, а вместо сканирования стали использовать активную матричную адресацию. Последний рубеж ЖК-индикаторов — цветное воспроизведение. Опытные образцы таких индикаторов уже разработаны.

Значительным достижением в технологии ЖК-индикаторов стало создание двойных супертвистированных приборов, в которых вместо одного используются два ЖК-слоя. Один из них создает изображение, а другой компенсирует разность хода световых лучей, обусловленную двулуче-преломлением в первом слое. В результате получается более четкое изображение с повышенным коэффициентом контрастности.

Двойной супертвистированный вариант нейтрального твист-нематического ЖК-индикатора, предложенный фирмой Mitsubishi, позволяет получить экран высокого качества (изображение как на белой бумаге), не имеющий синего оттенка. Двойная супертвистированная технология, предложенная фирмой Zenith Data Systems, также позволяет получить высококачественные изображения с контрастностью 20:1 и разрешающей способностью, соответствующей стандарту EGA. Фирма Sharp Electronics выпускает двойной супертвистированный ЖК-индикатор с разрешающей способностью, соответствующей стандарту VGA.

Оригинальная технология ЖК-индикаторов была продемонстрирована фирмой NEC, когда она представила в октябре 1988г. свою серию портативных компьютеров. Запатентованный ею экран Monograph CTN (компенсированный твист-нематический) позволяет с помощью двухслойного ЖК-индикатора получать высококачественные (как на белой бумаге) графические изображения.

Фирма Compaq также выпустила свой вариант ЖК-индикатора, удовлетворяющего стандарту VGA, для портативного компьютера. Для изготовления экрана, содержащего 640*480 элементов отображения, использована компенсированная супертвистированная технология. Контраст усилен с помощью стеклянного фильтра — покрытой металлом стеклянной панели, уменьшающей блики и обеспечивающей более стойкие поверхностные свойства, чем пластиковые фильтры обычных дисплеев.

Фирма Toshiba America недавно усовершенствовала двойную супертвистированную технологию, применив вместо компенсирующего слоя тонкую полимерную пленку, что значительно уменьшило массу и толщину дисплея. Новый монохромный супертвистированный ЖК-индикатор позволяет получить черное изображение на белом фоне с контрастностью 12:1.

Внедрение активной матричной адресации

Следующим этапом развития дисплеев для портативных компьютеров будет, по-видимому, внедрение ЖК-индикаторов с автивной матричной адресацией. Сам принцип управления отдельным элементом отображения (ЭО) с помощью твердотельного переключателя был разработан в 1960-х годах. В обычных ЖК-индикаторах изображение получается в результате сканирования экрана. Вследствие этого изображение приходится часто регенерировать, а формируется оно медленно. При активной матричной адресации каждый ЭО включается или выключается с помощью диода или транзистора, что обеспечивает более быстрое формирование и более точное воспроизведение изображения. (См. «Формирователи управляющих напряжений для элементов отображения: сравнение диодного и транзисторного вариантов».)

ЖК-индикаторы с активной матричной адресацией дают более высокий контраст, чем ЖК-индикаторы других типов. В обычных ЖК-индикаторах формирователи последовательно обращаются к индикаторному полю. Экран при изготовлении по такой технологии имеет большее время отклика, чем при активной матричной адресации в основном из-за большей емкости. Сканирование не обеспечивает высокий контраст, так как к моменту, когда ЭО возбуждается повторно, он начинает выключаться, а то, что в действительности видит пользователь, соответствует среднему значению контраста. Кроме того, сканирование может приводить к включению ЭО, примыкающих к выбираемому, следствием чего является смазывание изображения.

ЖК-индикаторы с активной матричной адресацией отличаются уменьшенными размерами ЭО, что делает возможным создание экранов с высокой разрешающей способностью при пониженной мощности. Поскольку обновление экрана может происходить быстрее, скорость ввода графической информации резко возрастает.

Одна из нескольких фирм, работающих над ЖК-индикаторами с тонкопленочными управляющими транзисторами, это — Sharp. Мультиплексируемые транзисторы действуют как переключатели, что позволяет попеременно пропускать свет или блокировать его прохождение через ЖК-индикатор. ЖК-индикаторы с тонкопленочными транзисторами имеют более высокую контрастность, чем индикаторы со сканированием, так как в первом случае все транзисторы управляются параллельно. Кроме того, угол обзора для индикаторов, управляемых тонкопленочными транзисторами, значительно больше.

Дисплеи с активной матричной адресацией реализованы как одна большая ИС. Этот метод изготовления требует применения фотолитографии и осаждения тонких пленок. Для изготовления схемы применяется аморфный кремний из-за его поликристаллических свойств. Характеристики кремния можно регулировать при обработке материала и переводить его из резистивного состояния в электропроводящее.

Основная проблема при изготовлении индикаторов с активной матричной адресацией — получение достаточного выхода годных для схем формирователей. Поскольку все элементы отображения расположены на одной подложке, единичный дефект приводит к порче всего индикатора. На помощь приходит резервирование — формирование нескольких транзисторов на каждый элемент отображения делает несущественным отказ одного из них.

Последней большой проблемой, которую нужно решить для дисплеев портативных компьютеров, является получение цвета. По словам Билла Вудраффа, управляющего национальным маркетингом фирмы Sharp, цветные дисплеи вначале будут стоить очень дорого, однако для некоторых применений, например для систем автоматизации инженерных работ, цветные изображения очень важны. Несколько фирм уже имеют работающие опытные образцы цветных дисплеев для портативных компьютеров, а выпуск их планируется на конец 1989г.

Быстрое развитие цветных индикаторов

Фирма Sharp работает над цветными экранами двух типов. В одном из них используется двойная супертвистированная, а в другом — активная матричная технология (см. рис.1). В цветном двойном супертвистированном индикаторе использованы три цветных светофильтра: красный, синий и зеленый, расположенные позади световых клапанов. Фильтры представляют собой тонкопленочные структуры, напыленные непосредственно на подложку. Поскольку для создания одного цветного элемента отображения необходимы три субэлемента, общее число ЭО в цветном двойном супертвистированном индикаторе в три раза больше, чем в соответствующем монохромном ЖК-индикаторе. В случае индикаторов, управляемых тонкопленочными транзисторами, также применяются светофильтры и требуется три субэлемента на один цветной элемент отображения. Двойной супертвистированный индикатор будет первым цветным ЖК-индикатором в портативных компьютерах.

Двойной супертвистированный индикатор. В ЖК-индикаторе фирмы Sharp Electronics для создания цветов использованы красный, синий и зеленый светофильтры.
Рис.1. Двойной супертвистированный индикатор. В ЖК-индикаторе фирмы Sharp Electronics для создания цветов использованы красный, синий и зеленый светофильтры.

Фирма NEC Home Electronics также работает над цветными ЖК-индикаторами. Эта фирма выбрала тот же путь, что и фирма Sharp, а именно активную матричную адресацию, реализованную на тонкопленочных транзисторах, и красный, синий и зеленый светофильтры.

До сих пор наиболее близкая имитация передачи цветов в портативных компьютерах достигалась с помощью полутоновых изображений, т.е. использованием градаций яркости для передачи различных цветов. Передача полутонов осуществляется с помощью ИС видеодисплейного контроллера. Цветные графические программы превращаются в монохромные изображения с помощью полутонов серой шкалы.

Полутона на экране ЖК-индикатора получаются с помощью математического алгоритма, реализуемого в микросхеме дисплейного контроллера, который селективно включает и выключает ЭО. Среднее время включения ЭО за некоторый заданный период определяет градацию серого. Например, ЭО, который включен в среднем Зев течение 10-е периода, будет давать градацию серого, отличную от той, которая создается элементом, включенным в среднем 5 с. Если ЭО не переключаются должным образом, то могут возникать мелькания. Алгоритм, используемый дисплейным контроллером, может увеличить или уменьшить мелькания.

Интегральная схема графического контроллера фирмы Chips and Technologies типа 82C455 специально разработана для портативных компьютеров. Эта большая ИС полностью реализует всю графическую подсистему. ИС 82C455 совместима со стандартами VGA, EGA, GGA, Hercules и MDA.

Для создания многоградационного полутоновою изображения необходим прецизионный контроллер. Увеличение числа градаций серого приводит также к усилению мельканий. В интегральный контроллер фирмы Chips and Technologies встроен математический алгоритм, который позволяет получить 16 градаций серого без мельканий. Получение 16 градаций важно, поскольку при этом легко преобразовать 16 цветов стандарта VGA в 16 градаций серого.

Еще одна проблема, которая связана с получением 16-градационного полутонового изображения,— большое время отклика ЖК-индикаторов. По мере совершенствования ЖК-индикаторов и улучшения их временных характеристик они смогут передавать большее число градаций серой шкалы.

Фирма Compaq разместила специализированную ИС контроллера VGA на объединительной плате своего портативного компьютера. ИС изготовлена по КМОП-технологии, благодаря чему обеспечивается малое потребление мощности. Экран компьютера Compaq позволяет получить 16 градаций серого при разрешающей способности 320*200 ЭО. При разрешающей способности 640*480 ЭО можно реализовать только восемь градаций серого. Используя 16-разрядную шину данных вместо 8-разрядной, удалось повысить производительность системы формирования изображений портативного компьютера на 50% по сравнению с обычной.

Газоразрядные знакосинтезирующие индикаторы дают более высокое качество изображения и контраст, чем жидкокристаллические. Они позволяют получать четкие изображения на темном фоне, однако потребляемая ими мощность не обеспечивается батареями. Газоразрядные знакосинтезирующие индикаторы представляют собой альтернативу наиболее высококачественным моделям портативных графических дисплеев.

Газоразрядные знакосинтезирующие экраны

В газоразрядных знакосинтезирующих экранах используются физические явления, происходящие в газовом разряде, а именно возникновение электропроводности в газе вследствие движения заряженных частиц, созданных при соударениях электронов с молекулами газа. При наличии проводимости элемент отображения включен.

Электроды расположены таким образом, что образуют матрицу, причем в точках пересечения электродов возникают элементы отображения. Графическая информация выводится на экран в результате подачи напряжения на электроды X и Y. Теоретически такая конфигурация позволяет получить почти любое разрешение.

Газоразрядные знакосинтезирующие индикаторы могут быть как постоянного, так и переменного тока. В случае индикаторов постоянного тока получить достаточно темный фон не удается, ибо элементы отображения никогда полностью не выключаются. Большинство газоразрядных знакосинтезирующих индикаторов работает на неоне, дающем оранжевый цвет свечения и высокую световую эффективность. В цветных газоразрядных знакосинтезирующих индикаторах дополнительно использованы красный, зеленый и синий люминофоры. Долговечность этих индикаторов весьма велика. Они имеют хорошую яркость, прочную конструкцию, высокую разрешающую способность и не рассеивают окружающий свет.

Один из пионеров в области портативных компьютеров, фирма Grid Systems, предлагает в составе своих компьютеров газоразрядный знакосинтезирующий экран с 640*400 ЭО (по стандарту EGA). Эти компьютеры фирмы Grid предназначены для инженеров. Задаваемое пользователем преобразование цвета определяет уровень яркости, которую будет давать дисплей для определенного цвета. Газоразрядный знакосинте-зирующий индикатор использован и в высококачественном портативном компьютере 5200 фирмы Toshiba (рис.2). Его экран имеет разрешающую способность 640*480 ЭО при 16 градациях серого и соответствует требованиям стандарта VGA.

Газоразрядные знакосинтезирующие индикаторы дают четкие динамичные изображения. Такой экран использован в высококачественном портативном компьютере 52
Рис.2. Газоразрядные знакосинтезирующие индикаторы дают четкие динамичные изображения. Такой экран использован в высококачественном портативном компьютере 5200 фирмы Toshiba. Он имеет 16 градаций серой шкалы и отвечает требованиям стандарта VGA.

Фирмы-изготовители, упомянутые в статье

Chips and Technologies Inc. San Jose, CA (408) 434-0600

Compaq Computer Corp, Houston, TX (713) 370-0670

Grid Systems Corp. Fremont, CA (415) 656-4700

Mitsubishi Electronics America Inc. Torrance, CA (213) 515-3993

NEC Home Electronics Inc. Wood Dale, IL (312) 860-9500

Ovonic imaging Systems Troy, Ml (313) 362-3140

Sharp Electronics Corp. Mahwah, NJ (201) 529-8200

Toshiba America Inc. Irvine, CA (714) 583-3000

Zenith Data Systems Glenview, IL (800) 842-9000, ext. 1

Дочерние статьи:

Формирователи управляющих напряжений для элементов отображения: сравнение диодного и транзисторного вариантов

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 62, No.02 (807), 1989г - пер. с англ. М.: Мир, 1989, стр.79

Electronics Design Vol.37 No.1 January 12, 1990 A VNU Bisiness Publication

Electronics Design Vol.37 No.2 January 26, 1990 A VNU Bisiness Publication

Lisa Gunn. Laptop displays look sharp, ED, 1989, No.2, pp.39,40,42,44.

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Отображение информации





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:55 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1989/D19890126Elc023.shtml