ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
1
2009
INFORMACIJOS
ATVAIZDAVIMO ĮTAISAI
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
2
2009
Informacijos atvaizdavimo įtaisai
Šiuolaikinė informacijos atvaizdavimo įtaisų karta buvo sukurta pradėjus taikyti
skaitmeninius informacijos apdorojimo metodus. Kuriant naujus informacijos
atvaizdavimo įtaisus buvo pritaikyti įvairūs fizikiniai ir cheminiai reiškiniai –
rekombinacinė liuminescencija, katodinė liuminescencija,
elektroliuminescencija, optiniai reiškiniai skystuosiuose kristaluose ir pan.
1. Analog display devices (cathode-ray tubes)
• Oscilloscope tubes
• TV CRTs
2. Digital display devices
• LED (including OLED) displays
•
VF (vacuum fluorescent ) displays
• LCD (liquid crystal) displays
• Nixie tube displays and PDPs (plasma display panels)
• Electroluminescent displays (ELDs)
3. Others:
• Electronic paper
• Using principles of nanoelectronic (carbon nanotubes, nanocrystals)
• Laser TV
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
3
2009
Informacijos atvaizdavimo įtaisai
Classification of electronic information technologies with high information content; highlighted technologies are treated in this article
w4.siemens.de/.../heft2_97/artikel08/index.html,
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
4
2009
Informacijos atvaizdavimo įtaisai
Atsižvelgiant į šviesines savybes, elektroniniai informacijos atvaizdavimo
įtaisai skirstomi į pasyviuosius ir aktyviuosius.
Aktyvieji informacijos atvaizdavimo įtaisai – puslaidininkiniai, vakuuminiai
liuminescenciniai, dujinio išlydžio, elektroliuminescenciniai, vakuuminiai
kaitinimo ir kiti – patys skleidžia šviesą.
Liuminescencija yra švytėjimas, kurį sukelia nešiluminis energijos šaltinis.
Fotoliuminescencija pasireiškia po fotonų absorbcijos.
Katodinę liuminescenciją sukelia bombarduojančių elektronų srautas.
Elektroliuminescencija pasireiškia veikiant elektriniam laukui.
Liuminescencija gaunama atsipalaiduojant energijai, kai sužadintieji
elektronai grįžta iš aukštesnių energijos lygmenų į žemesnius. Trumpai
trunkanti liuminescencija vadinama fluorescencija. Ilgos trukmės
liuminescencija vadinama fosforescencija.
Pasyvieji įtaisai tik atspindi arba moduliuoja šviesą. Šių įtaisų grupei
priklauso skystakristaliai, elektrolitiniai, elektroforeziniai indikatoriai.
Pasyvieji informacijos atvaizdavimo įtaisai geri tuo, kad vartoja nedaug
energijos.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
5
2009
Informacijos atvaizdavimo įtaisai: turinys ir tikslai
Elektroniniai vamzdžiai
Elektronų prožektorius
Fokusavimo principai
Elektronų pluošto kreipimas
Katodinė liuminescencija
Oscilografų elektroniniai vamzdžiai
Kineskopai
Plokštieji indikatoriai ir displėjai
Puslaidininkiniai
Vakuuminiai liuminescenciniai
Dujinio išlydžio
Elektroliuminescenciniai
Skystakristaliai
Elektrovakuuminiai šaltųjų katodų
Kiti indikatoriai ir displėjai
Tikslas: apžvelgti (išsiaiškinti) informacijos atvaizdavimo
įtaisų sandarą, veikimą ir bendrąsias savybes.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
6
2009
Elektroniniai vamzdžiai
Karl Ferdinand Braun a German physicist, interested in the just discovered
Cathode rays, … developed the first cold Cathode Ray tube with magnetically
beam deflection … and a mica screen covered with phosphor to produce a
visible spot. This tube, build for him by Franz Müller … was called after its
inventor, the Braun tube. JJ.Thomson used a similar tube design in his
experiments to show the existence of the electron almost at the same time.
Braun used this tube as an indicator tube for studying the effects of Cathode rays
and described this 1897, this was in fact the first oscilloscope. Harris J Ryan
introduced this tube in 1903 in the USA as an alternating current wave indicator,
known as the Braun-Ryan tube.
The Braun tube, this early 1900
tube is in fact a cold Cathode
Crookes tube
with an internal mica screen
covered with phosphorescent
paint. The neck contains
a glass diaphragm with a small 2
mm hole to let only a tiny electron
beam go through
(focus) which can be deflected by
an (electro) magnet to produce a
spot on the screen.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
7
2009
Elektroniniai vamzdžiai
The cathode ray tube (CRT), invented by German physicist Karl Ferdinand Braun in
1897, is an evacuated glass envelope containing an electron gun (a source of electrons)
and a fluorescent screen, usually with internal or external means to accelerate and
deflect the electrons. When electrons strike the fluorescent screen, light is emitted.
The electron beam is deflected and modulated in a way which causes it to display an
image on the screen. The image may represent electrical waveforms (oscilloscope),
pictures (television, computer monitor), echoes of aircraft detected by radar, etc.
Elektroninį vamzdį sudaro keturios svarbiausios dalys:
• stiklinis arba metalinis-stiklinis balionas, iš kurio išsiurbtas oras,
• elektronų prožektorius ir
• fokusavimo bei
• kreipimo sistemos.
Baliono priekinė dalis iš vidaus padengiama švytalu ir atlieka
vamzdžio ekrano funkciją.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
8
2009
Elektroniniai vamzdžiai. Elektronų prožektorius
Elektronų prožektorius formuoja siaurą didelio greičio elektronų
pluoštą. Elektronai išlekia iš tiesioginio ar netiesioginio
kaitinimo katodo. Dažniausiai naudojami netiesiogiai kaitinami
katodai. Siekiant sumažinti elektronų išlaisvinimo darbą ir
pagerinti termoelektroninės emisijos sąlygas, katodai dengiami
specialiais oksidų sluoksniais. Netiesioginiam kaitinimui
naudojamas kaitinamasis siūlas.
Katodą gaubia cilindrinio dangtelio formos valdymo elektrodas,
arba moduliatorius. Elektronai į vamzdžio elektroninę optinę
sistemą patenka pro moduliatoriaus centre padarytą skylutę.
Moduliatoriaus įtampa valdo formuojamo elektronų pluošto
intensyvumą ir srovę. Šios srovės priklausomybė nuo įtampos
tarp moduliatoriaus ir katodo vadinama elektronų pluošto
moduliavimo charakteristika.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
9
2009
Elektroniniai vamzdžiai. Elektronų prožektorius
Fokusavimas:
elektrostatinis
electromagnetinis
Kreipimas:
elektrostatinis
electromagnetinis
Moduliavimo charakteristika
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
10
2009
Elektroniniai vamzdžiai. Elektrostatinis fokusavimas
Elektrostatiniam
elektronų pluošto
fokusavimui tarp
moduliatoriaus ir
anodo, taip pat tarp
kitų elektronų
prožektoriaus
elektrodų sudaromi
elektrostatiniai lęšiai.
VGTU EF ESK
Fokusavimo sistema iš
taškinio katodo išlėkusius
elektronus gali nukreipti į
vieną tašką vamzdžio
ekrane.
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
11
2009
Elektroniniai vamzdžiai. Elektrostatinis fokusavimas
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
12
2009
Elektroniniai vamzdžiai. Elektromagnetinis fokusavimas
Fokusavimui panaudojamas simetriškas elektroninei optinei ašiai nevienalytis
magnetinis laukas.
Cathode ray tube employing
electromagnetic focus and
deflection
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
13
2009
Elektroniniai vamzdžiai. Elektrostatinis kreipimas
Jautris
H
S
U
t12
qE 
H  vt2  h 
 t1t2 
m 
2
S
VGTU EF ESK
d2 y
U
E
d
d t2

q
E
m
 qE l ( L  l / 2)

 m
v02

H l ( L  l / 2)

U
2dU 0
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
14
2009
Elektroniniai vamzdžiai. Elektromagnetinis kreipimas
S
H
l ( L  l / 2)
k
NI
U0
NI – ampervijų skaičius
Elektroninio vamzdžio su magnetine kreipimo sistema jautris mažiau priklauso nuo
elektronų greitinimo įtampos. Didelį vamzdžio jautrį ir didelį elektronų pluošto
kreipimo kampą galima gauti net esant didelei elektronų greitinimo įtampai,
užtikrinančiai didelį vamzdžio ekrano švytėjimo skaistį.
Magnetinės kreipimo sistemos vartoja gana daug energijos. Jų dažninės savybės
daug prastesnės nei elektrostatinių kreipimo sistemų. Tai lemia rezonansiniai
reiškiniai kreipimo sistemų ritėse, kurios esti gana didelio induktyvumo ir dar turi
savąją parazitinę talpą.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
15
2009
Elektroniniai vamzdžiai. Elektromagnetinis kreipimas
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
16
2009
Elektroniniai vamzdžiai. Elektromagnetinis kreipimas
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
17
2009
Elektroniniai vamzdžiai. Elektromagnetinis kreipimas
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
18
2009
Elektroniniai vamzdžiai. Katodinė liuminescencija
Elektronų pluošto elektronai pasiekia vamzdžio ekraną ir bombarduoja švytalą, kuriuo
padengtas ekrano vidinis paviršius.
Dalis (apie 10 %) elektronų nuo ekrano atsispindi. Likusieji elektronai skverbiasi į
švytalą, jonizuodami jo atomus. Atsiradusių laisvųjų antrinių elektronų energijos taip pat
gali būti pakankamai didelės ir jie gali dalyvauti jonizacijos procesuose.
Kadangi elektronai juda susidurdami su atomais, jų energija mažėja, ir įsiskverbimo gylis
yra nedidelis.
Sužadintiesiems elektronams grįžtant į normaliąsias būsenas, vyksta šviesos emisija.
Jeigu elektronų greitinimo įtampa nedidelė, sužadinami tik švytalo paviršinio sluoksnio,
kuriame didelis neliuminescencinių rekombinacijos centrų tankis, atomai. Didėjant
greitinimo įtampai ir elektronų įsiskverbimo gyliui, katodinės liuminescencijos
efektyvumas didėja.
Siekiant surinkti atsispindėjusius nuo ekrano ir išmuštus iš švytalo antrinius elektronus,
vamzdžio baliono vidinis paviršius dengiamas laidžiu akvadago (grafito ir vandens
suspensijos) sluoksniu, kuris sujungiamas su elektronų prožektoriaus anodu.
Dažnai elektroninių vamzdžių ekranų švytalo sluoksnis dar dengiamas plonu aliuminio
sluoksniu, kuris sujungiamas su anodu. Šis sluoksnis neleidžia ant ekrano kauptis
nepageidaujamiems krūviams. Nuo jo atsispindėjusi šviesa padidina ekrano švytėjimo
skaistį.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
19
2009
Oscilografų elektroniniai vamzdžiai
Elektrostatinis fokusavimas ir kreipimas
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
20
2009
Oscilografų elektroniniai vamzdžiai
Tobulinant oscilografų elektroninius
vamzdžius, siekiama didinti jų jautrį,
darbinę ekrano dalį, skiriamąją gebą,
praleidžiamųjų dažnių juostą ir mažinti
vamzdžių matmenis ir masę.
Tiriamųjų virpesių (a), skleidimo įtampos (b),
atgalinės eigos temdymo impulsų (c) laikinės
diagramos ir vaizdas ekrane (d)
VGTU EF ESK
Norint gauti didelį oscilografų vamzdžių
jautrį ir platesnę praleidžiamųjų dažnių
juostą, naudojamos elektodinaminės, arba
bėgančiosios bangos, kreipimo sistemos.
Tokia sistema be papildomų laidų –
aukštadažnėmis jungtimis – įjungiama į
plačiajuostį signalinį traktą. Tiriamasis
virpesys joje sukuria elektromagnetinę
bangą, kuri sklinda išilgai elektrodinaminės
sistemos greičiu, kuris lygus lekiančio
sistema elektrono greičiui. Taip elektrono
lėkio išvengiama, ir oscilografo vamzdžio
praleidžiamųjų dažnių juosta yra plati.
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
21
2009
Kineskopai
Dažniausiai kineskopuose
taikomas elektrostatinis elektronų
pluošto fokusavimas ir
magnetinis kreipimas.
Kreipimo sistemos ritėmis tekant
pjūklo formos srovėms,
gaunamas elektronų pluošto
horizontalusis kreipimas – eilučių
skleistinė ir vertikalusis kreipimas
– kadrų skleistinė. Kadangi
grįžtant elektronų pluoštui
elektronų prožektorius
uždaromas temdymo impulsais,
kineskopo ekrane gaunamas
šviesių eilučių laukas – televizinis
rastras.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
22
2009
Kineskopai
Vienas užbaigtas televizinio vaizdo atkūrimo ciklas vadinamas kadru.
Pagal Lietuvoje galiojantį standartą per sekundę atkuriami 25 kadrai.
Kadrą sudaro 625 eilutės.
Siekiant sumažinti atkuriamo vaizdo mirgėjimą, taikomas pakaitinis eilučių
skleidimas. Pirmojo puskadrio metu elektronų pluoštas kineskopo ekrane brėžia
nelygines eilutes, antrojo puskadrio metu – lygines eilutes, patenkančias į
pirmojo puskadrio eilučių tarpus. Kiekviename kadre elektronų pluoštas du
kartus grįžta iš ekrano apačios į viršų. Kiekvieną kartą grįžimas trunka 25 eilučių
periodus. Todėl televizinį rastrą sudaro 575 eilutės.
Viena svarbiausių kineskopo charakteristikų yra moduliavimo charakteristika.
Televizijos imtuvuose į moduliatoriaus elektrodą nukreipiamas televizinio vaizdo
signalas. Jis valdo elektronų pluošto srovę, nuo kurios priklauso elektronų
bombarduojamo kineskopo ekrano taško švytėjimo skaistis. Taigi vaizdas
kineskopo ekrane susidaro iš skirtingu intensyvumu švytinčių televizinio rastro
taškų.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
23
2009
Kineskopai
Paprastoji ir pakaitinė skleistinės
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
24
2009
Spalvotieji kineskopai
Spalvotojo vaizdo kineskopų ekranams naudojami raudona, žalia ir mėlyna
spalvomis švytintys švytalai. Reikiama ekrano elemento spalva gaunama
atitinkamomis proporcijomis sumaišius trijų minėtų spalvų šviesą.
Electron
beam
Mask
Screen
Spalvotajame kineskope naudojami trys elektronų prožektoriai, į kurių moduliatorius
nukreipiami pagrindinių spalvų vaizdo signalai. Todėl kiekvieno prožektoriaus elektronų
pluoštas moduliuojamas atitinkamos spalvos signalu.
Prieš spalvotojo vaizdo kineskopo ekraną įtaisoma metalinė kaukė, kurioje padaryta daug
(šimtai tūkstančių) skylučių. Kineskopo ekranas yra mozaikos, sudarytos iš raudona (R –
red), žalia (G – green) ir mėlyna (B – blue) spalvomis švytinčių švytalo grūdelių, pavidalo.
Prieš kiekvieną kaukės skylutę yra trimis spalvomis švytinčių grūdelių grupė – triada.
Elektronų prožektoriai įtaisomi taip, kad jų elektronai bombarduotų atitinkamos spalvos
švytalo grūdelius.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
25
2009
Color picture tubes
Kineskopų šešėlinių kaukių
skylučių bendras plotas
sudaro tik keliolika
procentų kaukės paviršiaus
ploto. Todėl daug elektronų
sulaiko kaukė, ir jie
nepasiekia švytalo.
Elektronų
prožektorius
Šiuolaikiniuose spalvotojo vaizdo
kineskopuose elektronų prožektoriai esti
vienoje plokštumoje Tokių kineskopų kaukių
skylės gali būti pailgų plyšių pavidalo. Tada
kaukės praleidžia daugiau elektronų.
Kai prožektoriai vienoje plokštumoje,
supaprastėja elektronų pluoštų suvestis.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
VGTU EF ESK
26
2009
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
VGTU EF ESK
27
2009
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
28
2009
Plokštieji indikatoriai ir displėjai
Elektroniniai vamzdžiai užima didelį tūrį. Jų stikliniai
balionai lengvai pažeidžiami. Vamzdžiams maitinti
reikia aukštųjų įtampų. Jie netinka nešiojamiesiems
aparatams. Todėl buvo ieškoma įvairių būdų, kaip
sukurti plokščius, ekonomiškus skaitmeninius-raidinius
indikatorius ir displėjus, kurie galėtų pakeisti turinčius
nemažai trūkumų, bet pasižyminčius didelėmis
informacijos atvaizdavimo galimybėmis vamzdžius.
Taikant skaitmeninius-raidinius informacijos
atvaizdavimo įtaisus, raidžių ir skaitmenų simboliai
sudaromi iš segmentų arba taškų. Dar yra skalių
pavidalo ir kitokių specialių simbolių indikatorių.
Didžiausias informacijos atvaizdavimo galimybes,
žinoma, teikia displėjai (vaizduokliai), kurių ekranai yra
sudarytos iš didelio taškų skaičiaus matricos. Taškai
yra vaizdo elementai (angl. picture element, pixel, pel).
Taigi vienas svarbiausių grafinio displėjaus kokybės
rodiklių yra vaizdo taškų skaičius x ir y ašių kryptimis.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
http://en.wikipedia.org/wiki/Flat_panel_display
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
29
2009
Puslaidininkiniai indikatoriai
Puslaidininkiniuose indikatoriuose naudojami šviesos diodai.
Puslaidininkinių indikatorių skleidžiamos šviesos spalva priklauso nuo pn
sandūrai panaudoto puslaidininkio draudžiamosios juostos pločio.
Puslaidininkiniams indikatoriams būdingos nedidelės darbinės įtampos. Jų
valdymui tinka nesudėtingos grandinės. Jie pasižymi didele veikimo
sparta. Šiuos indikatorius galima naudoti esant plačiam temperatūrų
diapazonui. Jų švytėjimo skaistis gali būti gana didelis. Todėl šie
indikatoriai, panašiai kaip kaitinamieji siūliniai indikatoriai, tinka
informacijai atvaizduoti įvairaus apšviestumo sąlygomis.
Pastaraisiais metais, sukūrus naujų puslaidininkinių medžiagų
technologijas, taikant optinius lęšius ir kitas priemones, pavyko padidinti
šviesos diodų naudingumo koeficientą. Todėl jie pradėti taikyti net didelių
matmenų indikatoriuose ir displėjuose.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
30
2009
Puslaidininkiniai indikatoriai
The amazing new VAIO TX3 is the smallest
and lightest fully featured notebook around.
Developed for ultimate mobility using
advanced carbon-fibre materials, TX3 includes
a range of brilliant design innovations
including a super-thin LED display panel and
postcard-sized motherboard.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
31
2009
High LED Technology Displays & Giant Screens
High LED Technology
for the Visual Communication in the XXI Century
Select Your Giant
Screen and
Ask Now For an
Online Quotation.
It Takes 30
Seconds!
280,000,000,000
Colours
3 LEDs:
Red+Green+Blue
Colour White: Yes
Indoor-Outdoor
(IP65)
Plug&Play
Technology
High Brightness
http://www.eurodisplay.com/giantscreens.asp?ref=adwords
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
32
2009
Puslaidininkiniai indikatoriai
The World Largest 3D LED Display
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
33
2009
Puslaidininkiniai indikatoriai
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
34
2009
Vakuuminiai liuminescenciniai indikatoriai
Vakuuminiai liuminescenciniai indikatoriai primena vakuuminius triodus.
Katodas – plona (5-60 mm storio) volframo vielelė – atlieka elektronų šaltinio vaidmenį.
Siekiant sumažinti katodo temperatūrą ir padidinti termoelektroninę emisiją, katodo paviršius
dengiamas žemės šarminių metalų (bario, kalcio, stroncio) oksidų sluoksniu.
Kai anodo potencialas teigiamas katodo atžvilgiu, elektronai bombarduoja anodą dengiantį
švytalą, sužadina jo paviršinio sluoksnio atomus ir sukelia katodinę liuminescenciją. Anodą
pasiekiančių elektronų skaičius priklauso ir nuo tinklelio potencialo. Veikiant neigiamai įtampai,
tinklelis elektronų nepraleidžia, ir jie anodų nepasiekia.
Taigi vakuuminį liuminescencinį indikatorių galima valdyti signalais, nukreipiamais į tinklelį ir
anodus.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
35
2009
Vakuuminiai liuminescenciniai indikatoriai
Filament consists of tungsten coated with the oxidized Ba, Sr and Ca. Powered filament generates
heat and emits thermal electrons which are dispersed and selected by the grid electrode and reach
the anode electrode. On the anode electrode, display pattern is formed with phosphor which emit light.
Vakuuminių liuminescencinių indikatorių švytėjimo skaistis gana didelis, todėl informacija
neblogai matoma net šviesoje. Jiems reikia nedidelių (10-20 V) darbinių įtampų, todėl
valdymui tinka integriniai grandynai. Jie vartoja nedaug energijos, nors ir yra aktyvieji įtaisai.
Dėl minėtų privalumų vakuuminiai liuminescenciniai informacijos atvaizdavimo įtaisai taikomi
įvairios paskirties elektroninėje aparatūroje. Naudojami skalių pavidalo, vienaskilčiai ir
daugiaskilčiai segmentiniai, mnemonikos bei matriciniai įvairių spalvų vienspalviai ir
daugiaspalviai vakuuminiai liuminescenciniai indikatoriai ir displėjai.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
36
2009
Vakuuminiai liuminescenciniai indikatoriai
Some displays can show only digits or alphanumeric characters. They are
called segment displays, because they are composed of several segments
that switch on and off. There are several types:
Seven segment display (most common, digits only)
Fourteen segment display
Sixteen segment display
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
37
2009
Dujinio išlydžio indikatoriai ir displėjai
Dujinio išlydžio informacijos atvaizdavimo įtaisai priklauso joninių įtaisų
grupei. Paprasčiausias joninis įtaisas sudarytas iš šaltojo katodo ir anodo,
esančių balione, pripildytame nedidelio slėgio (1–104 Pa) inertinių dujų.
Vykstant rusenančiajam išlydžiui, prie anodo susidaro dujų plazmos stulpas,
sudarytas iš neutraliųjų atomų ir daug įvairiaženklio krūvio elektringųjų
dalelių. Dėl didelio teigiamųjų jonų ir elektronų tankio šio stulpo varža esti
maža, ir jame krinta nedidelė tarp anodo ir katodo veikiančios įtampos dalis.
Beveik visa įtampa krinta sluoksnyje prie katodo. Čia stiprus elektrinis
laukas greitina bombarduojančius katodą teigiamuosius jonus ir šių jonų
išmuštus iš katodo elektronus, kurie sužadina inertinių dujų atomus arba
juos jonizuoja.
Grįždami į normaliąją būseną, sužadintieji dujų atomai spinduliuoja šviesą.
Be to, šviesa spinduliuojama dėl teigiamųjų jonų ir elektronų rekombinacijos.
Šis katodinis dujų švytėjimas ir taikomas dujinio išlydžio, arba
plazminiuose, informacijos atvaizdavimo įtaisuose.
… the nixie tube was a numerical display technology used in scientific instruments and calculators in
the 1960s and 70s, before seven segment LED displays were invented.
A nixie tube is an electronic device for displaying numerals or other information, in the form of a glass
tube containing multiple cathodes and a wire mesh anode, filled with neon and often a little mercury
and/or argon … at a small fraction of atmospheric pressure. It is a cold-cathode tube (a form of gas
filled tube), or a variant of neon lamp.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
38
2009
Dujinio išlydžio indikatoriai ir displėjai
Indikatorinių lempų pavidalo dujinio išlydžio indikatoriai buvo vieni iš pirmųjų elektroninės
aparatūros skaitmeninių indikatorių. Skaitmeniui atvaizduoti skirtą lempą sudaro dešimt
vienas už kito išdėstytų arabiškų skaitmenų formos katodų ir tinklelio pavidalo anodas,
įtaisyti stikliniame balione, pripildytame neono dujų. Prijungus tarp kurio nors katodo ir
anodo įtampą, prasideda rusenantysis išlydis. Dujos aplink katodą pradeda švytėti, ir
stebėtojas pro tinklelio pavidalo anodą mato atitinkamą skaitmenį.
Vėliau buvo sukurti paprastos konstrukcijos plokštieji daugiaskilčiai segmentinio tipo dujinio
išlydžio skaitmeniniai indikatoriai, tačiau jų darbinė įtampa gana aukšta (170–200 V).
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/3/39/Nixie.gif
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
39
2009
Dujinio išlydžio indikatoriai ir displėjai
Dabar informacijos atvaizdavimo įtaisų konkurencinėje kovoje dalyvauja matriciniai
dujinio išlydžio, arba plazminiai, displėjai.
Tarp tam tikrų vertikaliųjų ir horizontaliųjų šynų veikiant maitinimo ir uždegimo įtampoms,
šių šynų susikirtimo vietose pro mozaikinės plokštelės skylutes prasideda išlydis.
Stebėtojas mato švytinčius taškus, iš kurių sudaromas reikalingas vaizdas. Taško
švytėjimo skaistis beveik tiesiogiai proporcingas dujinio išlydžio srovei.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
40
2009
Dujinio išlydžio indikatoriai ir displėjai
Nuolatinės įtampos dujinio išlydžio įtaisuose nuosekliai valdymo šynoms reikia įjungti srovę
ribojančius rezistorius. Be to, vykstant dujiniam išlydžiui, jonai bombarduoja katodą ir jį
ardo. Todėl perspektyvesni yra kintamosios įtampos plazminiai informacijos atvaizdavimo
įtaisai.
Indikatoriaus šynos padengtos dielektriniu sluoksniu, kuris jas apsaugo nuo erozijos. Be to,
dėl dielektrinių sluoksnių ląstelėje susidaro du nuosekliai sujungti kondensatoriai, ribojantys
per ląstelę tekančios kintamosios aukštadažnės srovės stiprį.
Kintamosios įtampos plazminio informacijos
atvaizdavimo įtaiso ląstelė
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
41
2009
Dujinio išlydžio indikatoriai ir displėjai
Spalvotasis vaizdas gaunamas naudojant dujinio išlydžio ląstelių triadas su raudonos,
žalios ir mėlynos spalvos švytalais. Vykstant dujiniam išlydžiui, dujų spinduliuojami
ultravioletiniai spinduliai žadina ląstelės švytalą. Maišant raudoną, žalią ir mėlyną
spalvas, kaip ir spalvotuosiuose kineskopuose, pavyksta gauti tūkstančius atspalvių.
Kadangi sunku padaryti labai mažas dujinio išlydžio ląsteles, vaizdo elementai esti kelių
dešimtųjų milimetro dalių eilės. Todėl plazminiai ekranai tinka dideliems
demonstraciniams displėjams. Jų darbinė įtampa gana aukšta (100–200 V), tačiau
daug mažesnė nei kineskopų.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
42
2009
Dujinio išlydžio indikatoriai ir displėjai
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
43
2009
Dujinio išlydžio indikatoriai ir displėjai
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
44
2009
Dujinio išlydžio indikatoriai ir displėjai
Two HDTV-capable plasma panel designs
http://www.plasmadepot.com/plasmatv/howplasmaworks.html
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
45
2009
Dujinio išlydžio indikatoriai ir displėjai
High Performance –
9th Generation Panel
Panasonic has completely
redesigned all major components
of this ninth generation plasma
panel. The phosphors and other
panel materials have been
upgraded to improve light output
efficiency; the ribs and electrodes
have been reconfigured with new
shapes; and the gas mixture has
been altered. The result is a
dramatic improvement in picture
performance, even when viewed
in a bright living room.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
46
2009
Elektroliuminescenciniai indikatoriai ir displėjai
EL was first observed in 1907 by Captain Henry Joseph Round in silicon carbide (SiC),
although ELD thechnology was not made commercially available until the 1980s.
Elektroliuminescencinio informacijos atvaizdavimo įtaiso sandara panaši į plazminio, tik
vietoje dujų sluoksnio tarp elektrodų yra elektroliuminescencinės medžiagos (pavyzdžiui,
legiruoto cinko sulfido) sluoksnis. Kai tarp elektrodų sudaroma pakankamai didelė įtampa
(dažniausiai – 150–200 V), elektroliuminescencinė medžiaga pradeda skleisti šviesą.
http://www.indiana.edu/~hightech/fpd/papers/ELDs.html
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
47
2009
Elektroliuminescenciniai indikatoriai ir displėjai
Veikiant elektriniam laukui, švytalo medžiagos energijos lygmenys išlinksta ir, kai
elektrinio lauko stipris pasiekia 105–106 V/cm, prasideda priemaišų elektrostatinė
jonizacija, kuri gali sukelti ir smūginę jonizaciją. Padidėjus krūvininkų tankiams,
tampa intensyvesnė jų rekombinacija. Grįžtant elektronams į žemesnius lygmenis,
išsilaisvina energija. Dalis šios energijos įgyja šviesos kvantų pavidalą.
Spinduliuojamos šviesos spalvą lemia elektroliuminoforo medžiaga ir priemaišos.
Elektroliuminescenciniai informacijos atvaizdavimo įtaisai yra mažos masės, ploni, gali
veikti esant plačiam temperatūrų diapazonui, vartoja santykinai nedaug energijos,
pasižymi didele veikimo sparta, dideliu švytėjimo skaisčiu, leidžia gauti didelio
kontrastingumo vaizdą, todėl gali būti taikomi, kai informacija turi būti matoma tiek
tamsoje, tiek gana didelio apšviestumo sąlygomis.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
48
2009
Elektroliuminescenciniai indikatoriai ir displėjai
ELDs are particularly useful in applications where full color is not required
but where ruggedness, speed, brightness, high contrast, and a wide angle of
vision is needed.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
49
2009
Skystakristaliai indikatoriai ir displėjai
Skystakristalių informacijos atvaizdavimo įtaisų veikimas pagrįstas skystųjų
kristalų savybėmis ir optiniais reiškiniais tuose kristaluose.
Skystieji kristalai skirstomi į smektinius ir nematinius.
Smektinių skystųjų kristalų molekulių ilgosios ašys išsidėsto lygiagrečiai, o molekulių
masės centrai yra beveik vienoje plokštumoje. Nematinių skystųjų kristalų (gr. nēma –
siūlas) molekulės išsidėsto lygiagrečiai, tačiau molekulių masės centrai – netvarkingai.
Atskirą nematikų grupę sudaro cholesteriniai skystieji kristalai. Šių kristalų pailgos
molekulės sudaro sluoksnius ir yra šiek tiek išlinkę. Kiekviename gretimame sluoksnyje
molekulės yra nedideliu kampu pasisukusios. Dėl šios priežasties, kai sluoksnių daug,
molekulės išsidėsto spirale.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
50
2009
Skystakristaliai indikatoriai ir displėjai
Kai skystojo kristalo sluoksnis plonas, apdorojus plokštelių, tarp kurių yra skystasis
kristalas, paviršių (padarius jame nedidelius griovelius), neveikiant elektriniam laukui,
molekulės orientuojasi griovelių kryptimi.
Sudarius statmena kryptimi elektrinį lauką, molekulės pasisuka lauko linijų kryptimi.
Šiuolaikiniuose skystakristaliuose indikatoriuose panaudojamas šviesos
poliarizacijos plokštumos sukimo cholesteriniuose skystuosiuose kristaluose
reiškinys.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
51
2009
Skystakristaliai indikatoriai ir displėjai
Šiuolaikiniuose skystakristaliuose indikatoriuose panaudojamas šviesos
poliarizacijos plokštumos sukimo cholesteriniuose skystuosiuose kristaluose
reiškinys.
Jeigu sudaromas statmenas sluoksniui elektrinis laukas, skystojo kristalo
molekulės orientuojasi lauko kryptimi ir nebegali keisti šviesos poliarizacijos.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
52
2009
Skystakristaliai indikatoriai ir displėjai
Indikatorinė ląstelė sudaryta iš poliarizatoriaus, stiklo plokštelių su elektrodais, tarp kurių
yra cholesterinio skystojo kristalo sluoksnis, analizatoriaus ir reflektoriaus. Poliarizatorius
poliarizuoja šviesą. Skystasis kristalas poliarizacijos plokštumą pasuka statmena kryptimi.
Taip poliarizuotą šviesą analizatoriaus plokštelė praleidžia. Ji atsispindi nuo reflektoriaus ir
grįžta.
Jei tarp elektrodų prijungiama pakankama įtampa, skystasis kristalas poliarizacijos
plokštumos nebesuka, analizatoriaus plokštelė šviesą sugeria ir indikatorinė ląstelė
patamsėja. Taigi skystakristaliuose indikatoriuose indikatorinė ląstelė atlieka šviesos ventilio
funkcijas.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
53
2009
Skystakristaliai indikatoriai ir displėjai
Skystakristaliuose displėjuose (angl. LCD – Liquid Crystal Display) vietoje
reflektoriaus įtaisomas šviesos šaltinis. Tada indikatorinė skystojo kristalo
ląstelė valdo per ją pereinančios šviesos srautą. Valdymas pagrįstas tuo, kad
šviesos poliarizacijos plokštumos pasukimo kampas, taigi ir praleidžiamas
šviesos srautas priklauso nuo elektrinio lauko stiprio ir veikiančios tarp
elektrodų įtampos.
Spalvotojo displėjaus ekrane vieną vaizdo tašką kuria trys ląstelės su
raudonos, žalios ir mėlynos spalvų filtrais.
Dėl didelių potencialių informacijos atvaizdavimo galimybių, plokščios
konstrukcijos, mažų maitinimo ir valdymo įtampų, mažos naudojamosios
galios, ilgaamžiškumo ir kitų gerų savybių skystakristaliai indikatoriai ir displėjai
konkurencinėje informacijos atvaizdavimo įtaisų kovoje laimi vis naujas
pozicijas. Kita vertus, nevalia nepastebėti svarbių jų trūkumų: jiems būdinga
nedidelė veikimo sparta, mažas apžvalgos kampas, siauresnis nei kitų įtaisų
darbinių temperatūrų diapazonas.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
54
2009
Skystakristaliai indikatoriai ir displėjai
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
55
2009
Skystakristaliai indikatoriai ir displėjai
The left column electrode is at the same
potential level as the row electrode. To the
right column electrode (red), a different
voltage is applied. In this way, an electric field
is generated in the right pixel oriented
perpendicular to the glass surfaces.
On the picture one can see that the rubbing
direction of the alignment layers (green) on
top and bottom substrate are chosen
perpendicular to each other. Due to this
choice, the director in the left pixel makes a
homogeneous turn of 90° from bottom to top.
Therefore, this type of LCD is called a
'Twisted Nematic LCD' (TN-LCD). If a voltage
is applied to the electrode, the director
reorients to become perpendicular to the
surfaces (right pixel).
http://www.elis.ugent.be/ELISgroups/lcd/lc/lc3.php
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
56
2009
Skystakristaliai indikatoriai ir displėjai
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
57
2009
Skystakristaliai indikatoriai ir displėjai
From TN to STN, TSTN, and FSTN
The very first types of LCDs were called DSM (dynamic scattering mode), but
TN (twisted nematic) has become the standard today. Almost all active matrix
drive displays use TN type LCDs, and numerous types of active elements are
being developed. The use of TN type LCDs in simple matrix drive displays
causes the contrast to drop as the number of scan lines of the image
displayed is increased.
To compensate for this, new types of LCDs are being researched and
developed. Advances in LCD R&D have already led to the development of
STN (super twisted nematic) type LCDs, which offer high contrast, even on
large screens; and TSTN (triple STN) and FSTN (film STN) LCDs, which
feature a lightweight and thin body design that are optimal for large black-andwhite LCDs and precise color imaging when equipped with a color filter.
http://sharp-world.com/sc/library/lcd_e/s2_4_4e.htm
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
58
2009
Skystakristaliai indikatoriai ir displėjai
Aktyviosios matricos skystakristaliuose displėjuose (angl. Active Matrix LCD
arba TFT LCD – Thin Film Transistor LCD), kiekvieną ląstelę valdo atskiras
plonasluoksnis tranzistorius. Šie displėjai mažiau inertiški, pasižymi didesniu
kontrastingumu.
TFT-LCD (Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display) is a variant of Liquid
Crystal Display (LCD) which uses Thin-Film Transistor (TFT) technology to
improve image quality. TFT LCD is one type of active matrix LCD, though it is
usually synonymous with LCD. It is used in both flat panel displays and
projectors.
Normal Liquid Crystal Displays like those found in calculators have direct driven
image elements – a voltage can be applied across one segment without
interfering with other segments of the display. This is impractical for a large
display with a large number of picture elements (pixels), since it would require
millions of connections - top and bottom connections for each one of the three
colors (red, green and blue) of every pixel.
To avoid this issue, the pixels are addressed in rows and columns which reduce
the connection count from millions to thousands.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
59
2009
Skystakristaliai indikatoriai ir displėjai
...The solution to the problem is to supply each pixel with its own transistor
switch which allows each pixel to be individually controlled.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
60
2009
Skystakristaliai indikatoriai ir displėjai
The TFT-array and color-filter substrates are made into an LCD panel by
assembling them with a sealant (hermetikas).
http://www.plasma.com/classroom/fabricating_tft_lcd.htm
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
61
2009
Skystakristaliai indikatoriai ir displėjai
http://www.plasma.com/classroom/fabricating_tft_lcd.htm
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
62
2009
Elektrovakuuminiai šaltųjų katodų displėjai
Elektrovakuuminis šaltųjų katodų displėjus (angl. FED – Field Emission Display) sudarytas iš
dviejų stiklinių plokštelių, tarp kurių yra sudarytas vakuumas. Indikatorinę ląstelę sudaro daug
miniatiūrinių šaltųjų katodų, tinklelis ir anodas, ant kurio sudarytas raudonos, žalios arba
mėlynos spalvos švytalo sluoksnis.
Miniatiūriniai katodai (maždaug 200 nm kiekvienas) yra kūgių pavidalo. Veikiant anodo
įtampai, prie smailų kūgių viršūnių susikuria stiprus elektrinis laukas ir prasideda šaltoji
elektronų emisija. Pagreitinti anodo įtampos elektronai bombarduoja švytalą ir sukelia jo
švytėjimą. Elektronų srautą ir švytalo švytėjimo intensyvumą valdo įtampa tarp tinklelio ir
katodo. Švytalo švytėjimo intensyvumą dar galima valdyti keičiant jo žadinimo trukmę.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
63
2009
Elektrovakuuminiai šaltųjų katodų displėjai
The application of a small voltage to a metal or
semiconductor surface containing nanometer
scale protrusions produces a large electric field
which causes electrons to be emitted. Using an
extractor grid, less than 80 volts is sufficient to
produce up to 5m A of emission current from a
single tip.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
A single tip in
girded
configuration. An
array of such a
unit cell forms a
pixel in a display
application
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
64
2009
Elektrovakuuminiai šaltųjų katodų displėjai
Works like a CRT with multiple electron guns at each
pixel.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
65
2009
Anglies nanovamzdelių displėjai
http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_nanotube
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
66
2009
Anglies nanovamzdelių displėjai
CNT can be metallic or
semiconducting and offers
amazing possibilities to create
future nanoelectronics devices,
circuits, and computers.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
67
2009
November 28, 2003
Carbon Nanotube Display
Source: Samsung Display Technology, courtesy of Choi et. al.
www.nanopicoft
heday.org
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
68
2009
Anglies nanovamzdelių displėjai
The promise of Motorola's new Nano Emissive Display (NED)
technology is sweet for anyone that covets a flat screen HDTV, but
doesn't want to pony up big bucks.
Imagine a 40 inch HDTV panel less than an inch thick.
Now imagine it costing less than $400.
Motorola Labs unveiled a prototype of NED technology in the form of a
functioning 5-inch color segment of a 1280 x 720, 16:9, 42-inch HDTV.
A prototype model was demonstrated by Motorola in May
2005. Nano-emissive display (NED) is Motorola's term for
their Carbon Nanotubes (CNTs)-based display technology.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
69
2009
Laser TV
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
70
2009
Laser TV
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
71
2009
Elektroninis popierius
Electronic paper, also sometimes called e-paper or electronic ink, is a
display technology designed to mimic the appearance of regular ink on
paper. Unlike a conventional flat panel display, which uses a backlight to
illuminate its pixels, electronic paper reflects light like ordinary paper and is
capable of holding text and images indefinitely without drawing electricity,
while allowing the image to be changed later.
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
72
2009
Elektroninis popierius
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
73
2009
PABAIGA
VGTU EF ESK
stanislovas.staras@el.vgtu.lt
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
VGTU EF ESK
74
2009
stanislovas.staras@el.vgtu.lt