Реферат по физике Альтернативные средства отображения информации
|
Скачать 107.6 Kb.
|
|
Факультет ВМиК Реферат по физике Альтернативные средства отображения информации Шевченко А.Ю. Группа 322 Кафедры АСВК Дисплеи на автоэлектронной эмиссии Автоэлектронная эмиссия (полевая эмиссия, электростатическая эмиссия, туннельная эмиссия) - испускание электронов проводящими твердыми и жидкими телами под действием внешнего электрического поля E достаточно высокой напряженности (В/см). Автоэлектронная эмиссия обнаружена в 1897 Р. У. Вудом. В 1929 Р. Э. Милликен и Ч. К. Лоритсен установили линейную зависимость логарифма плотности тока j автоэлектронной эмиссии от 1/Е вида (А и В - константы). В 1928-29 Р. Фаулер и Л. Нордхейм дали теоретическое объяснение автоэлектронной эмиссии на основе туннельного эффекта. Термин автоэлектронная эмиссия отражает отсутствие энергетических затрат на возбуждение электронов, свойственных другим видам электронной эмиссии (в зарубежной литературе чаще употребляется термин "полевая эмиссия"). При автоэлектронной эмиссии электроны преодолевают потенциальный барьер на границе эмиттера, не проходя над ним за счет кинетической энергии теплового движения, как при термоэлектронной эмиссии, а путем туннельного просачивания сквозь барьер, сниженный и суженный электрическим полем. Электронная волна, встречая на пути потенциальный барьер, частично отражается и частично проходит сквозь него. По мере увеличения внешнего ускоряющего поля понижается высота потенциального барьера над уровнем Ферми . Одновременно уменьшается ширина барьера. В результате увеличивается число электронов, просачивающихся в единицу времени сквозь барьер, соответственно увеличивается т. н. прозрачность барьера D (отношение числа электронов, прошедших сквозь барьер, к полному числу электронов, падающих на барьер) и соответствующая плотность тока автоэлектронной эмиссии. Теоретический расчет плотности тока j автоэлектронной эмиссии приводит к формуле
где e - заряд электрона; n - концентрация электронов проводимости в проводнике с энергией , связанной с компонентой импульса, нормальной к поверхности; Е - напряженность электрического поля у поверхности эмиттера. Из (1) следует зависимость j от концентрации электронов в проводнике и их энергетического распределения n(), а также от высоты и формы барьера, которые определяют его прозрачность D. Принципиально лампы на основе автоэлектронной эмиссии состоят из следующих основных элементов: источника электронов - автоэмиссионного катода из углеродных материалов со специальным образом сформированной структурой и флуоресцирующего экрана - нанесенного на внутреннюю поверхность стеклянной колбы люминофора. Между люминофором и стеклом находится прозрачное электропроводящее покрытие - анод. В трехэлектродной модификации лампы для смешения потока электронов, снижения рабочего напряжения и повышения эффективности работы лампы в целом используется модулятор, располагаемый вблизи катода. Для выпрямления напряжения и его повышения используются специальный преобразователь. Эмитируемые катодом электроны ускоряются в пространстве катод - анод и бомбардируют люминофор, возбуждая его свечение. Внутри лампы - технический вакуум на уровне 10-5- 10-6- торр. Главным элементом (ноу-хау) является многоострийный автоэмиссионный катод. Важная особенность разрабатываемых источников света состоит в том, что они, в отличие от всех других, не содержат ни одного нагреваемого элемента, т.е. являются принципиально "холодными" и могут нормально работать при сколь угодно низких температурах. Компания PixTech сообщила о разработке первого в мире цветного 15-дюймового дисплея на автоэлектронной эмиссии. По заявлению PixTech, эти дисплеи предназначаются для использования в настольных мониторах и телевизорах. Качество их изображения, его яркость и неограниченный угол обзора сравнимы с аналогичными характеристиками CRT-дисплеев. Однако размеры такого дисплея намного меньше, чем у CRT-аналога - толщина 15-дюймового дисплея составляет всего лишь 11 мм. Работать он может в диапазоне температур от -40 до +85 градусов Цельсия, то есть такие дисплеи могут использоваться практически при любых условиях внешней среды. Однако до массового производства таких изделий пока далеко. Сейчас PixTech является единственным их производителем, и пройдет один - два года, прежде чем мониторы и настенные телевизоры с такими дисплеями появятся на рынке. PixTech собирается продемонстрировать свой новый дисплей на конференции Display Works, которая пройдет в феврале. Достоинства дисплея на автоэлектронной эмиссии проистекают из близости источника электронов к люминофору на экране, который и излучает свет, формирующий изображение. В обычном CRT-мониторе имеется одна электронная пушка. Вылетающий из нее пучок электронов с помощью специальной отклоняющей системы "пробегает" построчно по всем точкам экрана, формируя таким образом изображение. В мониторе на автоэлектронной эмиссии на один пиксель приходится сотни электронных пушек размером в 1 мкм каждая, которые расположены в непосредственной близости от покрытого люминофором экрана. Эти электронные пушки испускают электроны под действием внешнего напряжения в 400 В. Сначала предполагается начать поставки опытных партий этих 15-дюймовых экранов для OEM-производителей. При поставке партиями в 1000 штук их цена составит около 250 дол. Монитор с таким дисплеем будет стоить около 350 дол. Электронная бумага Понятие "электронная бумага" появилось в 1978 году, когда американский исследователь Николас Шеридон предложил создать совершенно новый электронный дисплей такой же толщины, как обычная бумага, такой же гибкий и легкий, перезаписываемый и ценой менее 1 долл. за страницу. От обычного дисплея его отличали возможность чтения с него при широком угле рассматривания в отраженном свете и отсутствие необходимости в постоянном обеспечении энергией. В настоящее время разработаны несколько технологий для производства электронной бумаги. Технологию Gyricon (от греч. gyro — вращать и англ. Icon — символ) предлагает фирма Xerox-Parc. В этом случае лист бумаги представляет собой полимерную пленку, в которой плавают свободно распределенные шарики, подобные частицам тонера диаметром около 250 мкм каждый и плотностью 8000 частиц/см2 в крошечных, заполненных маслом оболочках. Особенность шариков состоит в их двухкрасочности: одна половина шарика — белая, а другая — черная. Они функционируют как диполи и управляются электрическим полем. Другими словами, в зависимости от напряжения они поворачиваются черной или белой стороной вверх, в результате чего возникает пиксельное изображение. Если позади бумаги разместить панель из электродов, которые будут менять заряды шариков, то таким образом мы получим простой и дешевый электронный дисплей. Такое изображение соответствует воспроизводимой информации на поверхности пленочного дисплея. И оно остается неизменным без источника энергии вплоть до передачи на дисплей нового изображения. Такие изображения могут быть поданы специальным принтером или переносным устройством. Для дисплеев, настенных экранов и др. пленка может быть снабжена жесткой структурой электродов. В переносных устройствах она, подобно жидкокристаллическим дисплеям, может функционировать посредством управления активной матрицы. И наконец, даже появилась идея реализовать запись от руки при помощи «электроштифта». Конкурирующий продукт Immedia фирмы E-Ink получил название «электронных чернил». Полые шарики, заполненные красителем, наносятся на пленку и затем ламинируются электронной схемой. Управление осуществляется так называемыми стандартными драйверами дисплея. В жидком красителе плавают белые, положительно заряженные пигменты. Электрическое напряжение в верхней и нижней частях шариков вытягивает пигменты на их верхнюю или нижнюю части. Таким образом появляется белый или черный пиксель. Напряжение нужно только для записи, так как пигменты после нее закрепляются в определенном положении. Однако, чтобы обеспечить функционирование этой системы, в электронную бумагу вставляют золотые проводки и дополнительную мембрану, которые еще перед серийным производством должны быть заменены. Электронные чернила могут наноситься почти на все материалы. Принцип работы «электронных чернил» пояснен рисунками: Электронные чернила - цветная жидкость, состоящая из миллионов крошечных сфер, называемых микрокапсулами. Каждая микрокапсула имеет прозрачную оболочку, наполнитель синего цвета и микроскопические частицы белого пигмента. Все частицы белого пигмента заряжены положительно. Поместив микрокапсулу между двух электродов, мы сможем управлять движением частиц белого пигмента. Подав разность потенциалов (напряжение) на электроды, можно увеличивать или уменьшать концентрацию пигмента вблизи данного электрода в зависимости от полярности поданного напряжения. Микрокапсулы этого вещества впечатываются в поверхности ткани, бумаги, пластика или даже металла, выполняющих роль своеобразного дисплея. Краситель изменяет оттенок в зависимости от характеристик электрического поля, создаваемого пластиковыми транзисторами. Пока удалось добиться разрешения 600 точек на дюйм, а картинка выглядит как качественная распечатка струйного принтера. Скорость обновления изображения в опытных образцах достигает десяти кадров в секунду. Одно из технических преимуществ электронной бумаги состоит в том, что «чернила» являются бистабильными, то есть полученный элементом заряд сохраняется без подпитки, а значит, обеспечивается немалая экономия электроэнергии. Кроме того, электронная бумага имеет преимущества перед ЖК-дисплеями вследствие своей гибкости и долговечности. Современная электронная бумага Fujitsu состоит из трех слоев холестерических жидких кристаллов. Каждый слой содержит пиксели строго определенного цвета - красного, синего или зеленого. Образец имеет диагональ 3,8 дюйма, толщину 0,8 миллиметра и поддерживает разрешение QVGA (320 х 240 точек), сообщает EETimes. Количество отображаемых оттенков цвета пока не слишком велико и составляет 512 В отличие от традиционных жидкокристаллических панелей, у представленного образца нет цветных или поляризационных фильтров. Причем для отображения картинки электронная бумага не требует постоянного питания. Иными словами, энергия расходуется только в момент переключения изображения с одного на другое. Более того, потребляемая мощность прототипа в десятки, а то и сотни раз ниже, чем у обычных экранов (от 10 до 100 мВт в зависимости от скорости сканирования). Третий тип электронной бумаги создан на основе нанотехнологий. Электрохромные материалы могут менять свою светимость в зависимости от приложенного напряжения. Прототип, созданный инженерами Ntera, состоит из отражающего слоя на основе диоксида титана и расположенного поверх него слоя виологена с нанопористой структурой. Пространство между диоксидом титана и виологеном заполнено специальным электролитом. При отсутствии внешнего потенциала экран выглядит абсолютно белым, однако при приложении напряжения виологен окрашивается в темно-темно-синий (близкий к черному) цвет. Таким образом, "включая" или "выключая" отдельные участки дисплея NanoChromics, можно формировать изображение. Как отмечают разработчики, экраны, созданные на базе новой технологии, обладают очень высокой контрастностью, сравнимой с контрастностью печатных документов. Углы обзора составляют до 180 градусов, рабочее напряжение не превышает одного вольта. Более того, дисплеи не нуждаются в подсветке, а сформированное изображение может храниться сколь угодно долго без дополнительного питания (энергопотребление NCD-экранов составляет около 10% энергопотребления традиционных жидкокристаллических дисплеев). Кроме того, компания Ntera выделяет относительно небольшое время отклика и низкую себестоимость производства. В перспективе методика может быть адаптирована для создания многоцветных экранов, содержащих несколько слоев электрохромного материала. Органические светодиоды В 1998 году компания Tohoku Pioneer Corp. явила миру очередное японское чудо - небольшой матричный графический дисплей с зеленым цветом свечения, который сразу же вызвал огромный интерес у специалистов. Еще бы! Ведь это был первый в мире серийно выпускаемый графический электролюминесцентный дисплей на органических светодиодах, известный ныне как OLED. Принцип его работы невероятно прост и базируется на способности некоторых органических веществ излучать свет под действием приложенного к ним управляющего напряжения. Как видно на рисунке, в качестве светоизлучающего элемента в OLED-дисплее используется структура, состоящая из двух органических пленок, имеющих разные типы проводимости: за счет свободных электронов (electron-conducting layer) и за счет положительно заряженных ионов - "дырок" (hole-conducting layer). На границе раздела этих пленок электроны и "дырки" рекомбинируют, а выделяющаяся при этом энергия излучается как видимый свет. Но позвольте: именно так работают обычные полупроводниковые светодиоды (LED - Light-Emitting Diodes)! Все правильно, OLED-дисплей и является по существу светодиодом, только вместо полупроводников n и p-типа в нем используются "электронные" и "дырочные" пленки из органических материалов. Несмотря на общность принципа работы, свойства органических и неорганических светодиодов отличаются очень даже значительно. Во-первых, технология изготовления "настоящих" полупроводниковых LED-дисплеев сложна и дорога, так как требуются материалы с очень высокой степенью очистки от примесей. Во-вторых, имеются большие трудности с изготовлением полупроводниковых светодиодов голубого свечения. Поэтому полноцветные LED очень дороги. Наконец, при работе LED потребляют очень много электричества, оставляя по этому показателю далеко позади даже плазменные устройства. Так что, как видите, полупроводниковые LED-дисплеи тоже не подарок. Но зато их органические собратья OLED не только свободны от всех этих недостатков, но и обладают целым рядом важнейших достоинств: они чрезвычайно экономичны и при массовом производстве должны стоить сущие копейки. Ведь, по сути, они состоят только из стекла-подложки (или даже прозрачного пластика) с нанесенными на нее несколькими слоями органических пленок синего, зеленого и красного цветов и управляющих электродов. Причем толщина пленок составляет около 100 нм. И это все!!! Правда, столь простая структура характерна для недорогих дисплеев с пассивным управлением яркостью свечения экрана. В более совершенных и дорогих OLED для повышения яркости свечения ячеек используются дополнительные тонкопленочные транзисторы TFT. Подобная технология "активной матрицы" является базовой для современных LCD-мониторов, и поэтому изготовление активноматричных TFT-подложек для OLED-дисплеев никаких принципиальных трудностей не вызывает. Основная проблема их производства - это получение высокомолекулярных органических соединений с высоким уровнем светового излучения. Эта задача решается путем синтеза новых, все более эффективных с точки зрения светоотдачи органических соединений. По всеобщему мнению, пионерами разработки теории органических дисплеев были инженеры известной фирмы Eastman Kodak Company C.W.Tang и S.A.VanSlyke, которые в опубликованной ими в апреле 1987 года научной статье "Organic Electroluminescent Diodes" показали, как на основе структуры из двух слоев пленки органических диэлектриков толщиной в 500 ангстрем можно изготовить высокоэкономичный дисплей с большой яркостью свечения. Согласно их расчетам, яркость органического дисплея может достигать 1000 кд/кв. м, а эффективность излучения - 1,5 люмена/Вт! Несмотря на то, что сама возможность создания светоизлучающих приборов на основе органических пленок была предсказана рядом ученых еще в 60-е годы прошлого века, считается, что именно эта статья дала мощный толчок к развертыванию практических разработок OLED-дисплеев в разных странах Европы, США и Японии. В качестве "рабочего тела" в первом поколении "органиков" использовались пленки на основе PPV (polyphenylene vinylene), однако, так как для их работы требовалось управляющее напряжение порядка 100 В, продолжались интенсивные научные исследования по поиску более эффективных полимеров. И эти работы увенчались успехом, что позволило в конце 90-х годов приступить к промышленному изготовлению OLED-индикаторов и дисплеев. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 |
Средства массовой информации образовательной направленности Перечисленные ресурсы содержат ссылки на программные средства, которые могут быть использованы для повышения эффективности работы... |
 |
Реферат на тему: Известные книжные музеи России История книги — это составная часть истории культуры, а сама книга источник мудрости, наиболее полное и всестороннее выражение культуры... |
|
Выбираем средства защиты персональных данных Выбор сертифицированных средств защиты информации традиционно сводится к выбору между наложенными комплексными средствами защиты... |
|
Рабочая программа дисциплины «документирование, способы и средства защиты информации» Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования (институт) |
|
Периодические процессы в эвалектических пентадах Базисные основания любой области знаний постулируются. Эти постулаты потом и определяют все качество построенной теории. Больший... |
|
Г североморска мурманской области Программа разработана на основе федерального компонента государственного стандарта среднего (полного) общего образования по физике,... |
|
Конфиденциальность гарантируется получателем информации Нарушение порядка представления статистической информации, а равно представление недостоверной статистической информации влечет ответственность,... |
|
Реферат Тема: Арабские числа и А. С. Пушкин Математика — фундаментальная наука, предоставляющая (общие) языковые средства другим наукам; тем самым она выявляет их структурную... |
|
Дж. Алан Данелек историк и писатель, известен тем, что обнаруживает... Дж. Алан Данелек — историк и писатель, известен тем, что обнаруживает альтернативные теории, относящиеся к наиболее популярным загадкам... |
|
Книга вводит ребёнка в самое сложное в жизни в мир человеческих чувств,... Средства массовой информации (особенно телевидение) вытеснили или почти вытеснили такую традиционную форму общения старших и младших... |