Микродисплеи
Введение
В последние годы на рынке электронных компонентов все заметнее доля относительно нового их вида - микродисплеев.
До настоящего времени, как видно из таблицы 1, наиболее универсальным устройством отображения информации были электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), принципиальные недостатки которых хорошо известны (высокие управляющие напряжения и энергопотребление, низкие массо-габаритные характеристики, наличие вакуумированного обьема и др.) и трудноустранимы. Вряд ли в ближайшей перспективе удастся значительно улучшить контрастность и разрешение ЭЛТ, уменьшить их энергопотребление и вес. Из-за этого в последнее время ведутся интенсивные исследования альтернативных устройств отображения информации плоского типа, работающих на других физических принципах:
· электролюминесцентных;
· газоразрядных;
· светодиодных;
· жидкокристаллических и др.
Таблица 1. Динамика рынка устройств отображения информации
Тип устройства
отображения информации
Рынок сбыта,
$ млрд., по годам
1999 г.
2005 г.
Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ)
23,5
26,8
Активно-матричные ЖК-дисплеи
23,5
нет данных
Пассивные ЖК-дисплеи
3,8
4,1
Плазменные дисплеи
0,8
5,8
Другие плоскопанельные дисплеи
1,4
2,0
Все виды плоскопанельных дисплеев
16,9
34,9
Объем рынка, всего
40,4
61,7
По прогнозам специалистов, суммарный объем их продаж превысит объем продаж ЭЛТ уже в 2005 г.
В последнее время возникла и бурно развивается новая область электронной техники, связанная с микроминиатюрными устройствами отображения информации - микродисплеи. Микродисплеи - это новая фаза в развитии дисплейных технологий, способная как существенно изменить внешний вид существующих устройств, так и создать целый класс новых с расширенными функциональными возможностями типа мобильных телекоммуникационных систем с возможностью отображения полноформатных страниц текста или графики, беспроводных компьютерных интерфейсных систем и др., что до появления микродисплеев было невозможным. Кроме того, может быть решена вечная проблема, существующая в области электронной техники, когда поддается комплексной микроминиатюризации все, кроме дисплеев.
Согласно прогнозам американской фирмы Display Search доля электронной техники на основе микродисплеев, которая оценивается на уровне более 0,5 млрд. в 2000 г., увеличится к началу 2004 г. до 2,3 млрд., т.е. практически в 5 раз. Самым крупным потребителем микродисплеев могут стать производители мобильных телефонов с возможностью их беспроводного подключения к сети Интернет.
К числу других наиболее перспективных применений микродисплеев относят проекционные устройства различного класса и назначения, нашлемные индикаторы типа "Head-Mounted-Display", а также тренажеры и электронные игры с эффектами виртуальной реальности. Кроме этого, уже в самое ближайшее время предполагается переоснащение кинотеатров спутниковыми приемниками и высококачественными цифровыми видеопроекторами, что резко снизит стоимость проката при одновременном улучшении качества и расширении ассортимента фильмов (кинопленка стандартного фильма стоит более 20000 долларов и обеспечивает только 10-кратное повторное качественное воспроизведение).
1 Классификация и области
применения микродисплеев
Микродисплеями (МД) (microdisplays) принято называть микроминиатюрные устройства отображения буквенно-цифровой, графической или телевизионной информации с диагональю от 0,5 до 4,5 см, содержащих от несколько десятков или сотен тысяч до нескольких миллионов элементов отображения (пикселей).
По конструкции и принципу действия МД можно условно разделить на три большие группы (рис. 2):
· просветные МД, формирующие изображение за счет модуляции проходящего через них света в соответствии с управляющими электрическими сигналами;
· отражательные МД, формирующие изображения за счет модуляции отраженного от них светового потока;
· светоизлучающие МД, непосредственно генерирующие видимое глазом изображение.
Понятно, что изображение на МД так мало, что для практического использования оно должно быть увеличено либо с помощью специальной оптики, либо методами проекции изображения.
По методу проецирования изображения микродисплеи делятся на устройства с прямой (фронтальной) и обратной проекцией изображения, а по виду отображаемой информации - на монохромные и цветные, графические и телевизионные.
По способу адресации элементов отображения (пикселей) различают пассивные и активно-матричные микродисплеи. В пассивных дисплеях реализуется так называемое мультиплексное управление (импульсный режим с разделением во времени). В активно-матричных МД последовательно с каждым элементом отображения формируется двух- или трехэлектродный элемент (чаще всего диод или транзистор), выполняющий функции электронного ключа и позволяющий независимую аналоговую или цифровую адресацию каждого элемента отображения (ЭО). Например, при аналоговой адресации с более чем 256 градациями серой шкалы (полутонов) воспроизводится более 16 млн. цветовых оттенков. При 6-битовой информации на один основной цвет и 64 градациях серой шкалы отображается 262144 цвета, а при 8-битовой и 256 градациях - 16777216 цветов.
По разрешающей способности микродисплеи можно разделить на несколько групп (табл.2).
Таблица 2. Классификация дисплеев по разрешающей способности
Формат
изображения
Разрешение
Аспектное отношение
Число ЭО, тыс.
QVGA
320 x 240
4 : 3
76,8
VGA
640 x 480
4 : 3
307,2
SVGA
800 x 600
4: 3
480,0
XGA
1024 x 768
4 : 3
786,4
HDTV (720p)
1280 x 720
16 : 9
921,6
SXGA
1280 x 1024
5 : 4
1310,7
UXGA
1600 x 1200
4 : 3
1920,0
HDTV (1080i,p)
1920 x 1080
16 : 9
2073,6
QXGA
2048 x 1536
4 : 3
3145,7
VXGA
2048 x 2048
1 : 1
4194,3
GXGA/QSXGA
2560 x 2048
5 : 4
5242,9
Photo CD (16 base)
3072 x 2048
3 : 2
6291,5
Photo CD (64 base)
6144 x 4098
3 : 2
25178,1
Хотя существует мнение, что чем выше разрешение дисплея, тем лучше, на самом деле, согласно прогнозам ведущих специалистов, даже в 2003 г. более 50% проекционных устройств будут использовать микродисплеи не выше XGA формата.
В зависимости от архитектуры построения устройств и систем на основе МД и областей их применения можно выделить 2 большие группы, а именно, видеопроекционные устройства и системы группового типа, в которых изображение с МД методами прямой или обратной проекции переносится на экран больших размеров и считывается наблюдателем или группой наблюдателей с достаточно большого расстояния, желательного большего, чем 5-кратная высота экрана (рис. 3а, б). В виртуальных устройствах и системах персонального типа (virtual microdisplays, NTE = Near-to-the-Eye Displays) изображение МД увеличивается оптической системой и проецируется непосредственно на сетчатку глаза наблюдателя. Изображение, формируемое во втором случае, находится от глаза дальше, чем сам объект ("виртуальное" изображение) и отличается от "реального", наблюдаемого на экране монитора или телевизора (рис. 3в).
