הדור הבא של המסכים

כיצד עובד רכיב DLP, מהו LCOS, ומתי הכי טוב להסתייע במסך עם תצוגת נייר אלקטרוני? סקירת סוגי מסכים ותצוגות, ומידת התאמתם ליישומים שונים. כתבה שנייה בסדרה

PC Magazine פורסם: 11.10.04, 10:30

בחלק הראשון: תחזיות לעתיד ומבט עומק על LCD.

 

בכתבה זו נסקור לעומק טכנולוגיית תצוגה חדישות.

 

LCOS: גביש נוזלי על סיליקון - פתרון למקרנים

 

אם רוצים להגדיל את שטח התצוגה ליותר ממה שקיים בטלוויזיות LCD מסחריות (לרוב 30-40 אינץ'), נתקלים בשתי בעיות: המחיר עולה ובעיית זמן התגובה נעשית קשה לפתרון. זו הסיבה שבשנים הקרובות טכנולוגית LCD-TV תמשיך להיות מזוהה בעיקר עם מקרנים. בהקרנה (קדמית או אחורית) ניתן להציג תמונה גדולה תוך שימוש ברכיבים קטנים, גודל התמונה נקבע על ידי אילוצי מקום בעיקר, ורק במידה קטנה על ידי עוצמת נורת ההקרנה.

 

הרכיב שמייצר את התמונה המוקרנת יכול להיות זעיר. כפי שעל מסך קולנוע גדול מוקרנת תמונה מפילם 35 מ"מ בהגדלה של פי 200 עד פי 500, במקרן ביתי אפשר להשתמש בפנל LCD שגודלו כמסגרת פילם 16 מ"מ ולהציג את התמונה על מסך רחב וגבוה פי 100 עד 200. לחילופין, בהקרנה אחורית, כאשר כל המערכת האופטית "מקופלת" מאחורי המסך, ניתן לקבל הגדלה בין פי 50 לפי 100 בלי להזדקק לנורות הקרנה מיוחדות ויקרות. 

הקטנת רכיב ההקרנה למימדים המקובלים ביצור מוליכים למחצה אחרים, מאפשר להשתמש בכל כלי טכנולוגיות הסיליקון כדי לקבל ביצועים טובים יותר. ברכיבי LCOS בונים את הטרנזיסטורים ששולטים בכל פיקסל על שבב סיליקון טהור. את הטרנזיסטורים מצפים בשכבה של תחמוצת אלומיניום, המשמשת כמראה לאור שפוגע בה, וכאלקטרודה לצורך פיתול הגביש הנוזלי.

 

הנוזל עצמו לכוד בשכבה דקה בין אלקטרודת האלומיניום לבין אלקטרודה שקופה בחזית הרכיב, שמודפסת על כיסוי הזכוכית. הפעלת שדה חשמלי בין האלקטרודות קובעת האם אור שעבר דרך הפולרואיד בכניסה והוחזר על ידי המראה יעבור גם דרך הפולרואיד ביציאה.

 

רכיבי LCOS מתחרים ברכיב DLP על התפקיד של "מודולטור התמונה" במקרנים. טכנולוגית המיקרו-אלקטרוניקה שמשמשת ליצורם מאפשרת למעשה קבלת כל רמת אבחנה רצויה ללא תוספת עלות. אלא שהאתגר האמיתי במקרנים הוא עוצמה. 

 

כדי לתת לרוב האור לעבור מהנורה למסך אפשר לפצלו, ולטפל בכל פס באמצעות רכיב LCOS נפרד. המערכת שעושה זאת יקרה יחסית וגם מחיר הרכיבים האלקטרוניים מוכפל פי שלושה, אבל התוצאה שווה את הכסף. מקבלים כפליים אור מאותה נורת הקרנה. מקרנים עם שלושה רכיבי LCOS מספקים היום את הפתרון האיכותי ביותר לקולנוע ביתי. יש להם את האבחנה הגבוהה, העוצמה, נאמנות הצבע, מהירות התגובה והאחידות של מקרן איכותי.

 

הם גדולים ויקרים יותר ממקרני DLP, אבל רוב הצופים חושבים שהתמונה נעימה יותר לעין. אינטל הכריזה בתערוכת CES האחרונה שבכוונתה להיכנס ליצור רכיבי LCOS, שזמינותם הנוכחית בשוק די קטנה. עבור יצרני המקרנים שלא התפתו לתמוך בטכנולוגית DLP של טקסס אינסטרומנטס, ההכרזה של אינטל היא קריאת עידוד שמגיעה ברגע קריטי. עבור המשתמשים זו הבטחה, שהיצירתיות והתחרותיות בתחום המקרנים לא ידעכו בשנים הקרובות.

  

DLP: המראות הרועדות של טקסס אינסטרומנטס 

 

רכיב ה-DLP (קיצור של Digital Light Processor, מעבד אור דיגיטלי) הוא הראשון לממש את התיאוריה של רכיבי MEMS (קיצור של Micro Electro-Mechanical Systems, מערכות אלקטרו-מכניות מיקרוסקופיות), שקדמה במספר שנים לאופנת הננו-טכנולוגיות העכשוויות.

 

רכיבי MEMS משתמשים בטכנולוגיות של מיקרו-אלקטרוניקה, כדי לבנות מכלולים המבצעים תנועה מכנית, כמו סיבוב גלגל או הזזת זרוע. ראשי הזרקת הדיו במדפסות נחשבים לרכיבי MEMS משום שהם מיוצרים בתהליך ליתוגרפי על שבב סיליקון או גביש קרמי. אך רוב השימושים העכשוויים לרכיבי MEMS הם אופטיים. רכיב DLP הוא התקן כזה, שמשתמש במיקרו-מראות כדי לייצר תמונה המורכבת מפיקסלים.

 

רוב השימושים של DLP הם במקרנים, שנחלקים לשלוש קבוצות:

 

 

במקרנים רגילים ובטלוויזיות מותקן רק רכיב DLP אחד, שמשמש את כל צבעי היסוד אחד אחרי השני. בין מקור האור לרכיב מתקינים "גלגל צבעים", עיגול שקוף שמחולק לשלושה מסנני צבע, שבסיבובו יוצר

סבב מחזורי של אלומות אור אדום, ירוק וכחול. בכל פעם שפוגעת אלומה אחרת ב-DLP, המראות מסודרות כך שכל פיקסל בתמונה יקבל את המנה הראויה של אור בצבע הזה.

 

השליטה בכמות האור מכל צבע, שתוקרן על כל פיקסל על המסך נעשית על ידי שליטה במשך הזמן שכל מראה נמצאת במצב On.

 

דיו אלקטרוני על נייר דיגיטלי

 

"נייר אלקטרוני" הוא שם כללי לכל טכנולוגיית תצוגה המתאפיינת בשני סממנים:

 

 

התכונה האחרונה אחראית גם לשם "המקצועי" יותר של הטכנולוגיה, צגים "דו-יציבים" (Bi-Stable). כל פיקסל נמצא במצב יציב כ"אפס" או כ"אחד", ורק המעבר בין מצבים דורש Pulse של אנרגיה. הצורך המרכזי הוא חסכון באנרגיה, כדי להאריך את משך העבודה על סוללות. שתי השיטות המבוססות, שמוצרים המיישמים אותן כבר יצאו לשוק המסחרי, הן E-Ink ו-Gyrex.

 

ההבדל ביניהן הוא בגודל החלקיקים של "הדיו הדיגיטלי": Gyrex משתמשת בחלקיקים כדוריים שקוטרם מספר מיקרונים והם צבועים חציים שחור וחציים לבן. הפעלת שדה חשמלי משני צידי הצג קובעת איזה צד יוצג.

למרות שזו השיטה היותר ותיקה, הצלחתה השיווקית אינה מרשימה, משום שהנייר אינו גמיש מספיק. השימוש בכדוריות גדולות יחסית מחייב נייר עבה מדי. מצד שני, יש לה זמן תגובה קצר וניגודיות חדה.

 

השיטה השניה, E-Ink, מבוססת על אפקט Electrophoresis, שהוא הסעת מולקולות טעונות חשמליות דרך ג'ל סמיך כאשר מפעילים עליהן שדה חשמלי. בדיו אלקטרוני האלקטרופורזה מפרידה בין שני סוגי מולקולות, שחורות ולבנות, שצפות בתמיסה חלבית. ללא הפעלת שדה חשמלי הן מתערבבות בצורה אקראית, אך כאשר השדה מופעל - המולקולות השחורות נמשכות לקוטב החיובי והלבנות לקוטב השלילי. כך הופכים פיקסל לבן לשחור ולהיפך, בפולס אחד. לאחר שהן פנו לדרכן, ההפרדה תימשך ללא השקעת אנרגיה נוספת.