Электролюминесцентные дисплеи ICEBrite™

В те­че­ние мно­гих лет счи­та­лось, что элек­тро­лю­ми­нес­цен­т­ная (EL) тех­но­ло­гия пред­на­зна­че­на ис­клю­чи­тель­но для до­ро­гих вы­со­кок­лас­сных сис­тем. В то вре­мя как все в ос­нов­ном бы­ли со­глас­ны, что вряд ли ка­кая-ни­будь дру­гая тех­но­ло­гия мог­ла пред­ло­жить та­кую же вы­со­кую яр­кость, кон­трас­тность и про­ч­ность, толь­ко ог­ра­ни­чен­ное чис­ло на­ибо­лее тре­бо­ва­тель­ных при­ло­же­ний мог­ло вос­поль­зо­вать­ся пре­иму­щес­тва­ми EL-тех­но­ло­гии. В ре­зуль­та­те EL име­ла боль­шой ус­пех в ме­ди­цин­с­ком и из­ме­ри­тель­ном обо­ру­до­ва­нии, а так­же в про­мыш­лен­ных, тран­спор­т­ных и во­ен­ных сис­те­мах. Не­смот­ря на силь­ное впе­чат­ле­ние, про­из­во­ди­мое на по­тен­ци­аль­ных поль­зо­ва­те­лей чет­костью изо­бра­же­ния EL-дис­пле­ев, в боль­шин­ст­ве сис­тем, где це­на яв­ля­ет­ся важ­ным фак­то­ром, сто­и­мость та­ких дис­пле­ев сдер­жи­ва­ла их при­ме­не­ние.

На­при­мер, со­то­вые те­ле­фо­ны — поч­ти ис­клю­чи­тель­ная сфе­ра при­ме­не­ния пас­сив­ных жид­кок­рис­тал­ли­чес­ких (ЖК) ин­ди­ка­то­ров, пос­коль­ку они не­до­ро­гие и име­ют ни­зкое энер­го­пот­реб­ле­ние. В то вре­мя как ви­зу­аль­ные ха­рак­те­рис­ти­ки изо­бра­же­ния ЖК-дис­пле­ев ос­тав­ля­ют же­лать мно­го луч­ше­го, они впол­не под­хо­дят для дан­ной об­лас­ти. Не­до­ста­ток ка­чес­т­ва изо­бра­же­ния ком­пен­си­ру­ет­ся ни­зким энер­го­пот­реб­ле­ни­ем, спо­соб­ству­ю­щим уве­ли­че­нию сро­ка служ­бы ба­та­ре­ек.

На­про­тив, в ме­ди­ци­не ка­чес­т­во изо­б­ра­же­ния и его ха­рак­те­рис­ти­ки яв­ля­ют­ся ре­ша­ю­щи­ми. Ме­ди­цин­ско­му пер­со­на­лу не­об­хо­ди­мо иметь воз­мож­ность чет­ко ви­деть и раз­ли­чать тон­чай­шие из­ме­не­ния кар­ди­ог­рам­мы и дру­гих клю­че­вых па­ра­мет­ров, ото­бра­жа­е­мых в про­цес­се кон­тро­ля за со­сто­я­ни­ем па­ци­ен­та. Дис­п­леи, при­ме­ня­е­мые в ме­ди­цин­с­кой из­ме­ри­тель­ной ап­па­ра­ту­ре, до­лж­ны со­зда­вать чет­кое, яс­ное изо­бра­же­ние с ши­ро­ким уг­лом об­зо­ра, поз­во­ля­ю­щим ви­деть его из лю­бо­го мес­та ком­на­ты. Важ­но так­же обес­пе­чить хо­ро­шее зри­тель­ное вос­при­ятие в ши­ро­ком ди­а­па­зо­не ос­ве­щен­нос­ти, от при­глу­шен­но­го све­та в па­ла­те боль­но­го, на­хо­дя­ще­го­ся под пос­то­ян­ным на­блю­де­ни­ем, до яр­ко­го све­та в опе­ра­ци­он­ной. В этой об­лас­ти прак­ти­чес­ки без­раз­дель­но гос­под­ству­ют элек­тро­лю­ми­нес­цен­т­ные дис­п­леи.

Фир­ма Planar Systems, Inc. (Би­вер­тон, штат Оре­гон, США) объ­яви­ла о вы­пус­ке но­во­го се­мей­ст­ва мо­нох­ром­ных элек­т-ро­лю­ми­нес­цен­т­ных дис­пле­ев VGA, ко­то­рые ха­рак­те­ри­зу­ют­ся уд­во­ен­ны­ми по­ка­за­те­ля­ми яр­кос­ти и кон­трас­тнос­ти по срав­не­нию с пред­ыду­щим по­ко­ле­ни­ем и в то же вре­мя име­ют зна­чи­тель­но бо­лее ни­зкую це­ну. Эти дис­п­леи с раз­ре­ше­ни­ем 640Ч480 то­чек вы­пус­ка­ют­ся с раз­ме­ра­ми по ди­а­го­на­ли 6,4” (162,5 мм), 8,1” (206 мм) и 10,4” (264 мм). Они спро­ек­ти­ро­ва­ны как вы­со­ко­ка­чес­твен­ная за­ме­на пас­сив­ным ЖК дис­пле­ям, име­ю­щим пло­хое изо­бра­же­ние и чув­стви­тель­ным к внеш­ним воз­дей­стви­ям, а так­же как до­стой­ная мо­нох­ром­ная аль­тер­на­ти­ва до­ро­гим цвет­ным дис­пле­ям. Но­вое се­мей­ст­во по­лу­чи­ло на­зва­ние ICEBrite™ и по­я­ви­лось на рын­ке в пер­вой пол­ови­не 1996 го­да.

Воз­мож­ные примене­ния

Но­вые дис­п­леи ICEBrite™ осо­бен­но хо­ро­шо ра­бо­та­ют в та­ких об­лас­тях, как про­мыш­лен­ность, кон­троль­но-из­ме­ри­тель­ное обо­ру­до­ва­ние, тран­спорт, а так­же в тор­го­вых тер­ми­на­лах. На про­мыш­лен­ном рын­ке эти дис­п­леи мо­гут ис­поль­зо­вать­ся в ка­чес­т­ве ин­тер­фей­са опе­ра­то­ра в про­мыш­лен­ных кон­трол­ле­рах и компь­юте­рах, пред­на­зна­чен­ных для ра­бо­ты в жес­т­ких ус­ло­ви­ях эк­сплу­а­та­ции. При­ме­ром при­ме­не­ния в кон­т-роль­но-из­ме­ри­тель­ной ап­па­ра­ту­ре мо-­гут слу­жить те­ле­ком­му­ни­ка­ци­он­ные ана­ли­за­то­ры. На тран­спор­т­ном рын­ке дис­п­леи иде­аль­ны для бор­то­вых компь­юте­ров гру­зо­ви­ков, в сис­те­мах на­ви­га­ции, на по­ез­дах, а так­же для ав­то­ма­ти­за­ции скла­дов. Ав­то­ма­ты по про­да­же би­ле­тов, кас­со­вые ап­па­ра­ты, рес­то­ра­ны быс­тро­го об­слу­жи­ва­ния, тор­го­вые тер­ми­на­лы — вот еще не­ко­то­рые при­ло­же­ния, где с ус­пе­хом мо­гут быть при­ме­не­ны но­вые дис­п­леи.

Струк­ту­ра и при­нци­пы функциони­ро­ва­ния

Срав­ни­тель­но вы­со­кая це­на элек­т-ро­лю­ми­нес­цен­т­ных дис­пле­ев объ­яс­ня­ет­ся глав­ным об­ра­зом сто­и­мостью уп­рав­ля­ю­щей элек­тро­ни­ки. Собствен­но па­нель EL-ин­ди­ка­то­ра со­сто­ит из стек­лян­ной плас­ти­ны, пок­ры­тых ин­ди­ем про­вод­ни­ков из оки­си оло­ва (про­во­дя­щий, но про­зрач­ный ма­те­ри­ал, на ко­то­ром ме­то­дом трав­ле­ния сфор­ми­ро­ва­ны стро­ки и стол­б­цы), пе­ре­ме­жа­ю­щих­ся сло­­ев изо­ля­то­ра и фос­фо­ра, а так­же на­бо­ра ор­то­го­наль­ных про­вод­ни­ков (рис. 1).

Из­го­тов­ле­ние та­кой па­не­ли, хо­тя оно и до­лж­но осу­щес­твлять­ся в тща­тель­но кон­тро­ли­ру­е­мой чис­той ком­на­те, по­до­б­ной тем, ко­то­рые ис­поль­зу­ют­ся в про­из­вод­ст­ве по­лу­про­вод­ни­ков, не яв­ля­ет­ся слож­ным про­цес­сом и име­ет хо­ро­ший вы­ход годных изделий. Са­ма ин­ди­ка­тор­ная па­нель вно­сит не­зна­чи­тель­ный вклад в сто­и­мость ти­пич­но­го элек­т-ро­лю­ми­нес­цен­тно­го дис­п­лея VGA.

EL-фос­фор све­тит­ся под воз­дей­стви­ем пе­ре­мен­но­го на­пря­же­ния, при­кла­ды­ва­е­мо­го к элек­тро­дам строк и стол­б­цов. Это пе­ре­мен­ное на­пря­же­ние воз­буж­да­ет сво­бод­ные элек­тро­ны в крис­тал­ли­чес­кой струк­ту­ре фос­фо­ра, что вы­зы­ва­ет стол­кно­ве­ния с ато­ма­ми при­ме­си, что, в свою оче­редь, за­став­ля­ет элек­тро­ны в ато­мах при­ме­си пе­ре­ме­щать­ся на бо­лее вы­со­кие энер­ге­ти­чес­кие уров­ни. При воз­вра­те в свое обыч­ное со­сто­я­ние они ис­пус­ка­ют фо­то­ны в ви­ди­мом спек­т­ре. Чем боль­ше энер­гии «на­ка­чи­ва­ет­ся» в фос­фор, тем боль­ше ис­пус­ка­ет­ся фо­то­нов и тем яр­че све­тит­ся фос­фор.

При­ме­ня­е­мый в элек­тро­лю­ми­нес­цен­т­ной тех­но­ло­гии фос­фор тре­бу­ет от­но­си­тель­но вы­со­ко­го на­пря­же­ния (от 170 до 210 В), в то вре­мя как для воз­буж­де­ния пик­се­ла ЖК дис­п­лея не­об­хо­ди­мо ни­зкое на­пря­же­ние. Вы­со­кое на­пря­же­ние тре­бу­ет бо­лее до­ро­гос­то­я­щих мик­рос­хем уп­рав­ле­ния, что де­ла­ет тех­но­ло­гию в це­лом бо­лее до­ро­гой, по срав­не­нию с тех­но­ло­гией ЖК. Пос­коль­ку уп­рав­ле­ние тре­бу­ет­ся для каж­дой стро­ки и стол­б­ца, сто­и­мость уве­ли­чи­ва­ет­ся про­пор­ци­о­наль­но чис­лу строк и стол­б­цов. Та­ко­вы бы­ли ос­но­вы фор­ми­ро­ва­ния сто­и­мос­ти элек­тро­лю­ми­нес­цен­т­ных дис­пле­ев. К то­му же, пос­коль­ку EL-дис­п­леи в ос­нов­ном при­ме­ня­лись в от­вет­ствен­ных про­мыш­лен­ных и ком­мер­чес­ких при­ло­же­ни­ях, их кон­струк­ция ус­лож­ня­лась для ра­бо­ты со спе­ци­аль­ны­ми ин­тер­фей­са­ми, при зна­чи­тель­ных из­ме­не­ни­ях пи­та­ю­щих на­пря­же­ний, в ши­ро­ком тем­пе­ра­тур­ном ди­а­па­зо­не, под воз­дей­стви­ем силь­ных уда­ров, виб­раций и элек­тро­маг­нит­ных из­лу­че­ний.

Пу­ти сни­же­ния стоимос­ти

Са­ма при­ро­да про­из­вод­ст­ва пок­ры­той фос­фо­ром стек­лян­ной па­не­ли обес­пе­чи­ва­ет ос­но­ву, не­об­хо­ди­мую для до­сти­же­ния вы­со­кой яр­кос­ти и кон­трас­тнос­ти, до­лго­го сро­ка служ­бы (свы­ше 120 000 ча­сов), ши­ро­ко­го ди­а­па­зо­на тем­пе­ра­тур и ма­лой инер­ци­он­нос­ти, — все­го то­го, что оп­ре­де­ля­ет ос­нов­ные при­вле­ка­тель­ные чер­ты тех­но­ло­гии. Пос­ле до­бав­ле­ния со­от­вет­ству­ю­щей уп­рав­ля­ю­щей элек­тро­ни­ки и ис­точ­ни­ка пи­та­ния мож­но по­лу­чить элек­тро­лю­ми­нес­цен­т­ный дис­п­лей с ис­клю­чи­тель­ны­ми ви­зу­аль­ны­ми ха­рак­те­рис­ти­ка­ми.

Сле­ду­ю­щие ме­роп­ри­я­тия поз­во­ля­ют сни­зить сто­и­мость дис­пле­ев:

1. при­ме­не­ние но­вых бо­лее де­ше­вых вы­со­ко­воль­т­ных мик­рос­хем;
2. раз­ви­тие но­вых ав­то­ма­ти­зи­ро­ван­ных спо­со­бов ре­а­ли­за­ции меж­со­е­ди­не­ний;
3. раз­ра­бот­ка се­мей­ст­ва дис­пле­ев, име­ю­щих оди­на­ко­вую ар­хи­тек­ту­ру и ис­поль­зу­ю­щих од­ни и те же элек­т-рон­ные ком­по­нен­ты;
4. кон­цен­тра­ция толь­­ко на ба­зо­вых ха­рак­те­рис­ти­ках, спо­соб­ст-ву­ю­щих улуч­ше­нию ви­зу­аль­ных свойств дис­п­лея;
5. про­ек­ти­ро­ва­ние про­дук­ции, оп­ти­ми­зи­ро­ван­ной с точ­ки зре­ния про­из­вод­ст­ва.
   

Ха­рак­те­рис­ти­ки дис­п­лея

Ка­чес­т­во изо­бра­же­ния элек­тро­лю­ми­нес­цен­тно­го дис­п­лея до­сти­га­ет­ся пу­тем обес­пе­че­ния кон­трас­тнос­ти бо­лее 20:1 при ок­ру­жа­ю­щей ос­ве­щен­нос­ти 500 люкс, яр­кос­ти 25 кд/м² при час­то­те ре­ге­не­ра­ции 60 Гц вер­ти­каль­ного и го­ри­зон­таль­ного уг­ла об­зо­ра 160°. Это поз­во­ля­ет хо­ро­шо ви­деть эк­ран из лю­бо­го мес­та ком­на­ты да­же при яр­ком внеш­нем ос­ве­ще­нии.



Что­бы улуч­шить ка­чес­т­во изо­бра­же­ния, фир­ма Planar ус­та­но­ви­ла час­то­ту ре­ге­не­ра­ции изо­бра­же­ния 120 Гц, уд­во­ив яр­кость дис­п­лея до 50 кд/м². Ком­па­ния внед­ри­ла тех­но­ло­ги­чес­кий про­цесс ICE™ (Integral Contrast En­han­ce­ment), поз­во­ля­ю­щий в два ра­за уве­ли­чить кон­трас­тность до зна­че­ний бо­лее чем 50:1. В ре­зуль­та­те всех этих мер ви­зу­аль­ные ха­рак­те­рис­ти­ки дис­п­лея ста­ли в че­ты­ре ра­за луч­ше.

Кон­трас­тность улуч­ше­на пу­тем спе­ци­аль­ной об­ра­бот­­ки стек­ла, умень­ша­ю­щей от­ра­же­ние па­да­ю­ще­го из­в­не све­та.

На рис. 2 пред­став­лен по­пе­реч­ный раз­рез ин­ди­ка­тор­ной па­не­ли дис­п­лея. Клю­чом к улуч­ше­нию кон­трас­тнос­ти яв­ля­ет­ся спе­ци­аль­ная об­ра­бот­ка ни­ж­не­го слоя элек­тро­дов, умень­ша­ю­щая его от­ра­жа­тель­ную спо­соб­ность и со­зда­ю­щая та­ким об­ра­зом тем­ный фон для всех не­све­тя­щих­ся пик­се­лов. Ре­зуль­та­том яв­ля­ет­ся чет­кое и яс­ное изо­бра­же­ние, хо­ро­шо чи­та­е­мое прак­ти­чес­ки при лю­бом внеш­нем ос­ве­ще­нии и вид­ное из лю­бо­го мес­та ком­на­ты.

Фир­ма Planar Systems, Inc. яв­ля­ет­ся ми­ро­вым ли­де­ром в раз­ра­бот­ке и про­из­вод­ст­ве вы­со­ко­ка­чес­твен­ных дис­пле­ев с плос­ким эк­ра­ном. Ос­нов­ны­ми сек­то­ра­ми рын­ка, на ко­то­рые ори­ен­ти­ру­ет­ся Planar в на­сто­я­щее вре­мя, яв­ля­ют­ся ме­ди­ци­на, про­мыш­лен­ность, кон­троль­но-из­ме­ри­тель­ное обо­ру­до­ва­ние, обо­ро­на, связь, тран­спорт и обо­ру­до­ва­ние для офи­са и биз­не­са. Ком­па­ния име­ет под­раз­де­ле­ния раз­ра­бот­ки, про­из­вод­ст­ва и мар­ке­тин­га как в Со­еди­нен­ных Шта­тах, так и в Фин­лян­дии. ●

Ар­то Пак­ка­ла (Arto Pakkala) — тех­ни­чес­кий ди­рек­тор Planar International Ltd.