66.Устройства и элементы индикации. Основные тенденции развития.

Средства отображения представляют собой наиболее перспективный и быстро развивающийся сектор электроники. Направления развития диктуются их широким использованием в измерительной технике, устройствах связи, медицинском и промышленном оборудовании, бытовых электронных приборах. Ускорение развития связано с существенным ростом числа разнообразных приложений, требующих высококачественных отображения информации в графической и других формах представления.

В технике устройства, называемые индикаторами, отображают ход процесса или состояние объекта наблюдения, его качественные либо количественные характеристики в форме, удобной для восприятия человеком. Для указания точных числовых значений измеряемых или контролируемых величин, таких, как время, расстояние, скорость, расход, температура, применяют стрелочные или цифровые индикаторы с проградуированной шкалой. С целью увеличения пределов, повышения точности измерения и наглядности результатов стрелочные и цифровые индикаторы совмещают. Изобразительные (наглядные) индикаторы отображают положение объекта в пространстве, изменение характеристик в виде графика или кривой на экране дисплея, служащего одним из основных средств информационной связи между машиной и человеком.

Совершенствование дисплеев побуждается их сегодняшними и перспективными применениями в мобильных и настольных компьютерах, средства отображения информации о функционировании производственных агрегатов и оборудования, мобильные телефоны; персональные информационные устройства; электронные книги, цифровые видеокамеры многое другое. Основными тенденциями развития являются расширение шкалы размеров и форматов дисплеев, активное использование цвета, расширение потребительских качеств: уменьшение веса, потребления, обеспечения надежности, повышения удобства пользования. Совершенствование идет по взаимосвязанным всевозможным направлениям: разработка эффективных технологий на основе новых явлений и использования различных физико-химических процессов; применение оптимальных схемотехнических решений; создание новых структур с использованием достижений системотехники и теории информации.

В технологическом плане наряду с рассмотренными дисплеями на ЭЛТ, ЖК и плазменными панелями разные производители создают и развивают множество других технологий, среди которых следует упомянуть технологию PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal), которая должна соединить в себе преимущества плазменных и ЖК экранов с активной матрицей. Одним из новых технологических направлений является создание дисплея FED (Field Emission Display), который совмещает в себе особенности ЭЛТ и ЖК экранов. В FED дисплее используется множество маленьких источников электронов, расположенных за каждым элементом экрана, и все они размещаются в пространстве, по глубине меньшем, чем требуется для ЭЛT. Каждый источник имеет индивидуальное управление как в ЖК экранах, и каждый пиксель затем излучает свет, благодаря воздействию электронов на люминофор аналогично ЭЛТ. Есть и еще целый ряд разрабатываемых перспективных технологий, например панели LEP (Light Emission Plastics), называемые светящимся пластиком, на основе низкомолекулярных материалов для органических светодиодных дисплеев, панели на сегнетоэлектрических электролюминесцентных индикаторах и другие.

Для разных целей можно использовать различные отображающие средства в зависимости от требований, условий эксплуатации и стоимости. Возможности и технические параметры дисплеев многочисленны и различны. Очевидным эксплуатационным параметром любого дисплея служат его габариты, определяющие область пространства для его установки. По этому показателю преимущество следует отдать плоским приборам. Толщина ЖК дисплеев не превышает 5…6 см, такой же порядок имеет толщина плазменных экранов. Важное значения имеет соответствие дисплея стандартам безопасности и поддержка режимов энергосбережения.

Пользователя в первую очередь интересует размер экрана и качество изображения, о котором можно судить по разрешающей способности, отсутствии мелькания и возможности воспроизведения изменяющейся (движущейся) картинки. Последние два свойства связаны с параметром, называемым частотой регенерации или обновления экрана и определяющим частоту замены изображения на экране. Очевидно, что чем выше частота регенерации, тем устойчивее представляется картинка.

Для традиционных дисплеев на ЭЛТ время свечения люминофора каждого элемента мало и обоснованной частотой кадров, при которой не воспринимается мерцание, считается 75 Гц. Значение частоты регенерации зависит от используемого разрешения и связано с электрическими параметрами дисплея (частотой строчной развертки, полосой пропускания видеоканала) и видеоконтроллера. В жидкокристаллических дисплеях время перехода ячеек (пикселов) в выключенное состояние превышает время обновления изображения и оптимальной считается частота регенерации 60 Гц, обеспечивающая отсутствие мерцания.

Рассматриваемые параметры (размер экрана, разрешающая способность и частота регенерации) взаимосвязаны и должны соответствовать друг другу. Разрешающая способность дисплея определяется количеством точек по ширине (горизонтали) и высоте (вертикали) изображения на экране. Например, разрешение дисплей 640x480 означает, что изображение состоит из 640480=307200 точек в прямоугольнике экрана с соотношением сторон 3:4. Возможность выбора высокого разрешения зависит от множества факторов, связанных с параметрами дисплея, возможностями видеокарты и объемом доступной видеопамяти. Очевидно, что основные параметры дисплея существенно зависят от системы управления и внешних устройств взаимодействия с микропроцессором (интерфейса).

Применяется два типа дисплейных интерфейсов – аналоговый и цифровой. В аналоговом интерфейсе информация представлена модулированными видеосигналами основных цветов (красного, зеленого и синего), а также сигналами строчной и кадровой развертки. Данный тип интерфейса используется для связи видеоконтроллера с дисплеями на ЭЛТ. Формирование изображения матричных дисплеев производится по строкам и столбцам с помощью драйверов, обеспечивающих управление выборкой адресуемых ячеек экрана.

Схема формирования и передачи данных от видеоконтроллера до схемы управления работой дисплея для аналоговых и цифровых интерфейсов примерно одинакова. Процессор формирует в ОЗУ видеоконтроллера образ изображения, в котором элементу изображения, содержащему три ячейки основных цветов, соответствует 6 или 8 разрядов памяти на каждый цвет. При реализации аналогового интерфейса данные, выбранные из ОЗУ кадров, преобразуются с помощью трехканального быстродействующего ЦАП в аналоговую форму и передаются в схему управления дисплеем. В цифровых дисплейных интерфейсах передача данных от видеоконтроллера до драйверов производится в цифровой форме.

Увеличение формата и расширение шкалы яркостных градаций цветных дисплеев потребовали увеличения скорости передачи данных в интерфейсных шинах. В матричных дисплеях первого поколения, имеющих невысокое разрешение, для передачи данных использовалась шина разрядностью от 4 до 16 бит на основе КМОП технологии. По мере увеличения размера и разрешения экрана, расширения градаций яркости требовалась более высокая скорость передачи данных и связанная с ней полоса пропускания линий связи. При больших уровнях разрешения скорость передачи достигла единиц Гбит/с, что привело к созданию нескольких групп интерфейсов с различными способами передачи данных и типами линий передачи. При этом использование сигналов высокого уровня с крутыми фронтами привело к высокому уровню электромагнитных помех, что потребовало применения специальных методов их подавления (симметрирование, экранирование, заземление) и также переходу к оптоволоконным системам связи.

Как уже отмечалось большое число используемых дисплеев построено на ЭЛТ. Анализ показывает ЖК дисплеи с активной матрицей обладают рядом преимуществ и становятся преобладающими. Они более удобны в эксплуатации благодаря гораздо меньшим габаритам и массе. Размер видимой части ЖК экрана, в отличие от ЭЛТ, в точности совпадает с физическим размером матрицы, что позволяет уменьшить размеры дисплея не только по толщине, но и по ширине и высоте. Немаловажным является более низкое энергопотребление. Характерное значение потребляемой мощности для ЖК дисплеев лежит в пределах 30…60 Вт, что существенно ниже, чем потребление дисплеев на ЭЛТ. ЖК дисплеи характеризуются более качественным изображением, т. е. повышенной яркостью и четкостью, отсутствием искажений. И, наконец, у ЖК дисплеев отсутствует вредное электромагнитное излучение.