Wyświetlacze elektroniczne

Wyświetlacze elektroniczne
Wyświetlacz to urządzenie elektroniczne w formie powierzchni służące do wyświetlania informacji. Jednym z najwcześniejszych wyświetlaczy była lampa elektronowa, która powstała w latach 1897-1922.

1888 Austriacki botanik i chemik Friedrich Reinitzer, eksperymentując z benzoesanem cholesterolu, odkrywa zjawisko płynnych (ciekłych) kryształów. Jego uwagę zwróciło to, że badana substancja ma dwie temperatury topnienia - związek topił się w temperaturze 145°C, zamieniając w mętną mlecznobiałą ciecz, by po dalszym ogrzewaniu i przekroczeniu 179°C stać się przezroczysty. Wówczas zjawisko to nie miało jeszcze oficjalnej nazwy. Określenie "ciekły kryształ" zawdzięczamy niemieckiemu fizykowi Ottonowi Lehmannowi, który w 1904 r. opublikował pracę "Flüssige Kristalle".

1897-1922 Jednym z najwcześniejszych wyświetlaczy była lampa elektronowa (Cathode Ray Tube, CRT). Najstarsza wersja CRT znana była jako "lampa Brauna" (1) - wynalazł ją niemiecki fizyk Ferdynand Braun w 1897 r. Była to zimnokatodowa dioda z ekranem pokrytym fosforem. Pierwsza lampa wykorzystująca gorącą katodę została opracowana przez Johna B. Johnsona (od którego pochodzi nazwa Johnson Noise) i Harry’ego Weinharta z Western Electric. Stała się produktem handlowym w 1922 r. Warto dodać, że promienie katodowe odkryli Julius Plücker i Johann Wilhelm Hittorf. Ten ostatni zaobserwował, że z katody (elektrody ujemnej) emitowane są nieznane promienie, które mogą rzucać cienie na świecącą ścianę lampy, wskazując, że promienie poruszają się w liniach prostych. W 1890 r. Arthur Schuster pokazał, że promienie katodowe mogą być odbijane przez pola elektryczne, a William Crookes udowodnił, że działają tak również pola magnetyczne.

Model lampy Brauna
1. Model lampy Brauna

1925-1935 Kenjiro Takayanagi zademonstrował w roku 1925 telewizor kineskopowy, odbierający obrazy o rozdzielczości czterdziestu linii (2), a do 1927 r. poprawił rozdzielczość do stu linii, co było bezkonkurencyjne aż do roku 1931. Do 1928 r. Takayanagi jako pierwszy transmitował ludzkie twarze w półtonach na monitorze kineskopowym. Do 1935 r. wynalazł wczesną, w pełni elektroniczną telewizję kineskopową. Pierwsze komercyjnie wykonane elektroniczne odbiorniki telewizyjne z lampami kineskopowymi zostały wyprodukowane w 1934 r. w Niemczech, przez firmę Telefunken.

Zestaw skonstruowany przez Kenjiro Takayanagiego
2. Zestaw skonstruowany przez Kenjiro Takayanagiego

lata 20-60. Dioda LED do produkcji weszła w latach 60., w formie opracowanej przez amerykańskiego inżyniera Nicka Holonyaka juniora (3), który jest uważany za jej wynalazcę. Wiele źródeł podaje jednak, że została stworzona dużo wcześniej, bo już w latach 20. XX wieku. Miał tego dokonać radziecki technik radiowy Oleg Łosiew, który zauważył, że diody ostrzowe używane w odbiornikach radiowych emitują światło. W latach 1927-1930 opublikował kilkanaście artykułów opisujących działanie diod elektroluminescencyjnych.

Nick Holonyak i dioda LED
3. Nick Holonyak i dioda LED

1936 Firma The Marconi Wireless Telegraph opatentowała pierwsze praktyczne zastosowanie technologii LCD - The Liquid Crystal Light Valve.

1946-1954 Pracownicy naukowi RCA Laboratories wynajdują pierwszy na świecie elektroniczny system telewizji kolorowej. Po raz pierwszy zademonstrowano go 17 grudnia 1953 r., a w następnym roku amerykańska firma Westinghouse zaproponowała pierwszy oparty na niej odbiornik. Warto jednak pamiętać, że wzmianki o telewizji kolorowej pojawiły się już w 1904 r., w niemieckim patencie na system telewizji kolorowej. W 1925 r. rosyjski wynalazca Władimir K. Zworykin zgłosił patent na całkowicie elektroniczny system telewizji kolorowej.

1964 Na Uniwersytecie Urbana-Champaign w Illinois Donald L. Bitzer, H. Gene Slottow oraz Robert Willson konstruują na zamówienie firmy komputerowej PLATO Computer System wyświetlacz plazmowy. Oryginalne monochromatyczne panele, zazwyczaj pomarańczowe (4) lub zielone, a czasem żółte, cieszyły się wielką popularnością we wczesnych latach 70. W późniejszych latach wyświetlacze CRT stały się tańsze niż plazmowe.

Plazmowe wyświetlacze w starych terminalach firmy PLATO Computer System
4. Plazmowe wyświetlacze w starych terminalach firmy PLATO Computer System

1964 George H. Heilmeier z RCA Laboratories odkrywa nowe efekty elektrooptyczne w ciekłych kryształach, co doprowadza do powstania pierwszych działających wyświetlaczy ciekłokrystalicznych opartych na tzw. trybie dynamicznego rozpraszania, DSM (5).

George H. Heilmeier z prototypowym wyświetlaczem LCD
5. George H. Heilmeier z prototypowym wyświetlaczem LCD

1965-1967 Eric A. Johnson z Royal Radar Establishment, w Malvern (Wielka Brytania), konstruuje pierwszy ekran dotykowy. W artykule wydrukowanym w 1968 r. publikuje pełny opis technologii ekranu dotykowego dla kontroli ruchu lotniczego.

1969 James Fergason z Kent State University odkrywa tzw. efekt skręconego nematyka (twisted nematic - TN), jednak w grudniu 1970 r. szwajcarska firma Hoffmann-La Roche ubiega go i składa dotyczący tego efektu wniosek patentowy. Rok później firma Fergasona, ILIXCO, stworzyła dla szwajcarskiego producenta zegarków pierwszy wyświetlacz LCD wykorzystujący ów efekt.

lata 70. Nick Sheridon opracowuje w Centrum Badawczym Palo Alto firmy Xerox papier elektroniczny (6), zwany Gyricon. Składał się z kul polietylenowych o średnicy 75-106 mikrometrów.

Nick Sheridon i Gyricon
6. Nick Sheridon i Gyricon

1970 Sharp prezentuje pierwszy kalkulator z wyświetlaczem LCD.

1971-1977 Dr. Samuel C. Hurst konstruuje Elograph, czyli pierwszy sensor dotykowy. Prototypowy ekran dotykowy nie był przezroczysty - wersja tego rodzaju pojawiła się dopiero trzy lata po opatentowaniu pierwszego modelu przez firmę Elographics. W 1977 r. przedsiębiorstwo to opracowało i opatentowało technologię rezysta

1972 Powstaje pierwszy ciekłokrystaliczny wyświetlacz z matrycą aktywną (active-matrix). Skonstruował go T. Peter Brody. Rok później George Gray odkrywa ciekłe kryształy stabilne w normalnej temperaturze i pod normalnym ciśnieniem, co pozwoliło na dalszy rozwój technologii wyświetlaczy.

1972 Firma Westinghouse składa patent na pierwszy kolorowy ekran LCD wykonany w technologii TFT (Thin-Film Transistor).

Mikrotelewizor Seiko z 1982 r.
7. Mikrotelewizor Seiko z 1982 r.

1975 Bernard J. Lechner z RCA Laboratories po raz pierwszy stosuje technikę active-matrix (nie używając jeszcze tego terminu), w wyświetlaczach LCD. Później, po zastosowaniu w wyświetlaczach OLED, staje się ona podstawą techniki AMOLED.

1979 Konstruktorzy z japońskiej firmy Matsushita budują kolorowy ekran ciekłokrystaliczny, który jeszcze w tym samym roku rozwija się w wersję kolorową. Trzy lata później Seiko wprowadza na rynek pierwszy minitelewizor LCD (7).

1982 Za sprawą Nimisha Mehty, z Uniwersytetu w Toronto powstaje Flexible Machine Interface, czyli pierwszy system multi-touch. Technologia narodziła się, kiedy zespół badawczy tamtejszego uniwersytetu opracował pierwszy wielodotykowy system wejściowy z kamerą umieszczoną za szkłem.

1983 Firma Kyocera wyprodukowała pierwszy komputer przenośny (TRS-80 Model 100) z ekranem ciekłokrystalicznym.

1983 Powstaje HP-150 (8), czyli pierwszy komputer wyposażony w ekran dotykowy. Sprzęt HP korzystał z diod światła podczerwieni, umieszczonych w ramce wokół ekranu.

Reklama HP-150
8. Reklama HP-150

1985 Specjaliści z firmy Matsushita poinformowali, że jako pierwsi na świecie opracowali płaski kineskop kolorowy. Miał przekątną 10 cali i różnił się od tradycyjnych modeli brakiem szyjki z działem elektronowym oraz zespołu cewek odchylających.

1987-1989 W roku 1987 naukowcy z firmy Eastman Kodak tworzą technologię diod OLED. Głównymi wynalazcami byli chemicy Ching W Tang i Steven Van Slyke, którzy zastosowali bardzo cienką, wielowarstwową strukturę, znacznie obniżającą napięcie napędowe i umożliwiającą uzyskanie wysokiej luminancji - do dziś wykorzystywaną w najnowocześniejszych urządzeniach OLED. Pierwszym związkiem organicznym, w którym odkryto zjawisko emisji światła pod wpływem przyłożenia napięcia elektrycznego, był polifenylenowinylen. Wśród pierwszych produktów wyposażonych w technologię OLED wypuszczonych na rynek przez firmę Kodak był również aparat cyfrowy Easy-Share LS633 (9), z wyświetlaczem OLED 2,2" o rozdzielczości 512×218 pikseli. Od tego czasu Kodak udzielił licencji na technologię OLED wielu firmom.

Kodak EasyShare LS633
9. Kodak EasyShare LS633

lata 90. Firma Sharp Electronics wprowadza na rynek technologię CSTN - kolorowy wyświetlacz ciekłokrystaliczny z pasywną matrycą. Piksele, a dokładniej subpiksele, w wyświetlaczach CSTN sterowane są przy pomocy tranzystorów montowanych na obrzeżach matrycy, które obsługują poszczególne kolumny lub wiersze. Wyświetlacze CSTN charakteryzują się niskim poborem mocy, przez co chętnie wykorzystuje się je w urządzeniach zasilanych bateryjnie. W innych zastosowaniach zostały one praktycznie całkowicie wyparte przez technologię TFT.

1993 Pojawia się pierwszy telefoniczny ekran dotykowy - w modelu IBM Simon.

1994 Firma Hitachi wprowadza pierwszy ekran typu IPS. Lepszą jakość obrazu udało się w nim uzyskać dzięki zmianie położenia ciekłego kryształu - zamiast prostopadle, inżynierowie ułożyli go równolegle do siebie. Dzięki świetnym parametrom, ale i wyższej cenie, ekrany IPS są wykorzystywane przede wszystkim w profesjo

1996 TDK Inc. jako pierwsza firma demonstruje aktywną matrycę OLED (AMOLED).

1997 Firma Pioneer rozpoczyna sprzedaż pierwszych telewizorów plazmowych dla odbiorców indywidualnych. Od tego momentu przekątna ekranów plazmowych stale rośnie. Do końca 2006 r. największy ekran plazmowy został pokazany na targach Consumer Electronics Show w Las Vegas, w stanie Nevada w USA. Miał przekątną 103 cale i został wyprodukowany przez firmę Panasonic. Dwa lata później zaprezentowała ona telewizor 150 calowy (10). Pod koniec lat 90. i na początku XXI w. ekrany plazmowe zdobyły rynek telewizji HDTV. Powodem były wysoki kontrast, żywe kolory oraz szerszy kąt widzenia w porównaniu z ekranami LCD. Tańsza i stale rozwijająca się technologia wyświetlaczy ciekłokrystalicznych spowodowała jednak, że w latach 2004-2005 tendencja ta zaczęła się odwracać.

Prezentacja 150-calowego telewizora plazmowego na CES 2008
10. Prezentacja 150-calowego telewizora plazmowego na CES 2008

pierwsza dekada XXI wieku Na początku nowego milenium naukowcy z Pacific Northwest National Laboratory i Department of Energy wynaleźli dwie technologie niezbędne do stworzenia elastycznych diod OLED. Pierwsza to elastyczne szkło, a druga - cienka powłoka nazwana Barix, która chroni elastyczny wyświetlacz przed szkodliwym działaniem powietrza i wilgoci.

2002 Microsoft wprowadza do sprzedaży wersję Windows XP Tablet (11) i rozpoczyna na dobre erę technologii dotykowej w urządzeniach elektronicznych.

Windows XP Tablet
11. Windows XP Tablet

2007 Firma Sony wprowadza na rynek palmtop CLIE PEG-VZ90 - pierwsze seryjnie produkowane urządzenie wyposażone w wyświetlacz OLED. Miał on przekątną 3,8 cala, rozdzielczość 480×320 pikseli, jasność 150 cd/m², grubość 1,9 mm i kąt widzenia 180°.

2007 Premiera iPhone’a firmy Apple (12), wyposażonego w 3,5-calowy (8,9 cm) wyświetlacz ciekłokrystaliczny HVGA (320×480 pikseli), który służy jako ekran dotykowy. Jest on skonstruowany do obsługi jednym bądź kilkoma palcami, bez konieczności użycia rysika, choć wyświetlacz reaguje na rysik do ekranów pojemnościowych. Rozpoczyna się prawdziwa rewolucja w dziedzinie wyświetlaczy multi-touch.

Steve Jobs prezentuje iPhone’a w 2007 r.
12. Steve Jobs prezentuje iPhone’a w 2007 r.

2008 Zapowiedziana w sierpniu i wypuszczona na rynek w październiku tego samego roku Nokia N85 była pierwszym smartfonem z ekranem AMOLED (2,6-calowym, o rozdzielczości 240×320 pikseli).

2014 W Wielkiej Brytanii powstaje pierwszy elastyczny wyświetlacz z wykorzystaniem warstw grafenowych (13). To wspólne dzieło ośrodka grafenowego Uniwersytetu Cambridge i firmy Plastic Logic, która opracowała już sporo elastycznych konstrukcji wyświetlaczy elektronicznych. Model o rozdzielczości 150 pikseli na cal powstał dzięki połączeniu technologii OTFT (organicznych TFT) z techniką nanoszenia elektrody z grafenowego roztworu.

Grafenowy wyświetlacz Plastic Logic
13. Grafenowy wyświetlacz Plastic Logic

2018 Naukowcy z Uniwersytetu w Tokio i firmy Dai Nippon Printing opracowują elastyczny i cienki wyświetlacz, który może stać się tzw. elektroniczną skórą naklejaną na prawdziwą, ludzką, pokazującą dzięki wbudowanemu miniaturowemu elektrokardiografowi informacje o rytmie serca pacjenta. Urządzenie łączy się bezprzewodowo ze specjalnym modułem wysyłającym zebrane dane do chmury lub wprost do lekarza.

2019 Zaprezentowany publicznie długo wyczekiwany nowy smartfon Samsunga ze zginanym elastycznym ekranem okazuje się zbyt wadliwy, by trafić na rynek. Technologia giętkich wyświetlaczy, nad którą pracuje również inna koreańska firma, LG Electronics, okazuje się wciąż niegotowa, by móc oddać ją w ręce klientów.