ISTD 2003, Displays & screens

Interaktiivisten järjestelmien tekniikan suunnittelu

Seminaarityö: Displays & screens

Ilkka PiiroinenTeemu Väisänen

ISTD 2003, Displays & screens

Motivaatio

• Näköaisti on tärkein aisteistamme• Tarve saada järjestelmän sisältämä informaatio

silmille havaittavaan muotoon on ilmeinen.

• Ivan Sutherland: The Ultimate Display (1970)• "The ultimate display would, of course, be a room

within which the computer can control the existence of matter. “

• http://www.artmuseum.net/w2vr/timeline/Sutherland.html

ISTD 2003, Displays & screens

Edut

• Voidaan välittää valtava määrä informaatiota

• Nähdystä informaatiosta voi valikoida halutut osat

ISTD 2003, Displays & screens

OLED - Organic Light Emitting Device

• 1979 Kodak keksi ensimmäisen valoa emittoivan orgaanisen materiaalin

• 1987 ensimmäinen patentti• 1999 ensimmäinen täysvärinen

aktiivimatriisinäyttö

• Universal Display CBS Evening Newsissä:• http://www.twst.com/templates/needham3/ppt/

panl/video.asx

ISTD 2003, Displays & screens

Vahvuudet

• Ohut ja kevyt• AM OLED:n paksuus 1.5 mm

• Terävä ja kirkas kuva• 1000 kertaa suurempi virkistystaajuus kuin LCD:ssä

• Laaja katselukulma• 165 astetta

• Vähäinen virrankulutus• Jännite tyypillisesti 2-10 volttia

• Ei tarvitse taustavaloa• Taivutettavia• Helpompi valmistaa kuin LCD• Voi olla läpinäkyvä

ISTD 2003, Displays & screens

Puutteet / heikkoudet

• näyttökuvan huononeminen ajan myötä• värisävyn muuttuminen• mustat pisteet• kirkkauden heikkeneminen

• kemialliset muutokset orgaanisissa kerroksissa

• kuvan pinttyminen näytölle staattisia kuvia esitettäessä

• muovipintojen käyttö taustamateriaaleina• muovien läpäisevyys liian suuri

ISTD 2003, Displays & screens

Arkkitehtuuri 1/2• Passiivisia tai aktiivisia• Yksi- tai monikerroksia rakenteita

• Yksikerrosrakenteessa aktiivinen kerros on ITO-anodin ja metallikatodin välissä.

• Monikerroksisessa rakenteessa pikseli muodostetaan saostamalla pohjamateriaalille 100-500 Å paksuisia, reikiä tai elektroneja kuljettavia kerroksia, jotka lisäävät laitteen kvanttitehokkuutta ja valon emissiota.

How Passive Matrix worksPassive Matrix displays consist of an array of picture elements, or pixels, deposited on a patterned substrate in a matrix of rows and columns. In an OLED display, each pixel is an organic light emitting diode, formed at the intersection of each column and row line. The first OLED displays, like the first LCD (Liquid Crystal Displays), are addressed as a passive matrix. This means that to illuminate any particular pixel, electrical signals are applied to the row line and column line (the intersection of which defines the pixel). The more current pumped through each pixel diode, the brighter the pixel looks to our eyes.

How Active Matrix WorksIn an active matrix display, the array is still divided into a series of row and column lines, with each pixel formed at the intersection of a row and column line. However, each pixel now consists of an organic light emitting diode (OLED) in series with a thin film transistor (TFT). The TFT is a switch that can control the amount of current flowing through the OLED.

How Passive Matrix worksPassive Matrix displays consist of an array of picture elements, or pixels, deposited on a patterned substrate in a matrix of rows and columns. In an OLED display, each pixel is an organic light emitting diode, formed at the intersection of each column and row line. The first OLED displays, like the first LCD (Liquid Crystal Displays), are addressed as a passive matrix. This means that to illuminate any particular pixel, electrical signals are applied to the row line and column line (the intersection of which defines the pixel). The more current pumped through each pixel diode, the brighter the pixel looks to our eyes.

How Active Matrix WorksIn an active matrix display, the array is still divided into a series of row and column lines, with each pixel formed at the intersection of a row and column line. However, each pixel now consists of an organic light emitting diode (OLED) in series with a thin film transistor (TFT). The TFT is a switch that can control the amount of current flowing through the OLED.

ISTD 2003, Displays & screens

Arkkitehtuuri 2/2

• LED-näytössä valon emissio tapahtuu siten, että elektronit ja reiät yhdistyvät valoa emittoivassa kerroksessa, ja virittävät aktiivisen yhdisteen. Sen palatessa perustilaansa, emittoituu valoa.

• Emittoituvan valon luminanssia säädetään yleensä jännitettä tai sen toimintasuhdetta muuttamalla.

ISTD 2003, Displays & screens

Mahdollisia sovelluksia 1/2

• Matkapuhelimet• Ranteissa pidettävät PDA-laitteet• Vaatteisiin liitettävät näytöt• Kämmentietokoneet• Autojen ja lentokoneiden tuulilaseihin,

ohjauspaneeleihin ja ikkunoihin liitettävät näytöt• Taivutettavat kannettavien tietokoneiden näytöt• Rullattavat, elektroniset sanomalehdet• Seinien kokoiset näytöt

• Ikkunat ja seinät

ISTD 2003, Displays & screens

Mahdollisia sovelluksia 2/2

• Tietokoneohjatut hintamerkinnät kauppojen hyllyissä

• Kypärät / lasit sukeltajille ja moottoripyöräilijöille• Lääketieteelliset testivälineet• Videokameroiden näytöt• GPS-laitteet• Sotilassovellukset• Silmikkonäytöt

ISTD 2003, Displays & screens

TOLED - Transparent OLED

• Läpinäkyviä OLED näyttöjä• Käyttökohteita: autojen tuulilasit,

ikkunat, aurinko- ja silmälasit, silmikkonäytöt

ISTD 2003, Displays & screens

FOLED – Flexible OLED

• Universal Display: Video• taivutettava, voidaan

pyörittää rullalle• käyttökohteita: vaatteet,

paperinäytöt

ISTD 2003, Displays & screens

Projektionäytöt

• Kuva voidaan muodostaa näyttöruudun sijasta heijastamalla kuva projektorilla kankaalle tai seinälle

• Yleisimmät tekniikat: LCD, DLP ja CRT

ISTD 2003, Displays & screens

Vahvuudet

• Projektorien käyttö mahdollistaa pinta-alaltaan suurten näyttöjen muodostamisen.

• Mahdollistaa immersioivan virtuaalitodellisuuden projisoimalla kuva kaikkialle käyttäjän ympärille• Stereovaikutelman saavuttamiseksi yleensä

käytettävä laseja jotka erottavat eri silmille tarkoitetut kuvat

• Kuvien erotustekniikoita: polarisaatio, anaglyfi, aikajako

• Kolmiulotteinen kuva myös kaarevalle pinnalle projisoimalla

ISTD 2003, Displays & screens

Puutteet / Heikkoudet

• Huono kustannustehokkuus• Kuvatarkkuus huono

• Tarkempia suuria näyttöjä voidaan muodostaa yhdistämällä useiden projektorien vierekkäin järjestetyt kuvat yhdeksi suureksi näytöksi

• http://www.ncsa.uiuc.edu/Divisions/DMV/Vis/Projects/TiledWall/buildingTiledDisplays.html

• Valotehon heikkouden vuoksi ei yleensä sovellu kirkkaaseen valaistukseen.

ISTD 2003, Displays & screens

Fakespacesystems

• Tuotteina mm. yleisesti käytetty CAVE 3-ulotteinen virtuaalitodellisuusympäristö, sekä sen jatkokehitetty versio RAVE II.

• http://www.fakespacesystems.com/• http://www.mechdyne.com/

ISTD 2003, Displays & screens

Elumens

• Visionstation, Visiondome• http://elumens.com

• Visionstation:• halpa, immersiivinen

3-d näyttö• 160° field of view

ISTD 2003, Displays & screens

Electronic Visualization Laboratory (EVL) at the University of Illinois in Chicago

• CAVE, a room-sized virtual reality (VR) device, in 1991

• PARIS(TM): Personal Augmented Reality Immersive System

• http://www.evl.uic.edu/home.html

ISTD 2003, Displays & screens

Center for Supercomputing Applications at the University of Illinois

• CAVE

• Visualization and Virtual Environments • http://www.ncsa.uiuc.edu/Divisions/DMV/Vis

/

ISTD 2003, Displays & screens

Silmikkonäytöt

• ulkomuoto riippuu käyttötarkoituksesta: monia eri malleja ja tekniikoita

• koostuvat päähän pistettävästä kypärästä/laseista• kuva muodostetaan esim. pienillä CRT- tai LCD-näytöillä

• kuva heijastetaan suuremmaksi peilien avulla• hyviä stereoskooppisten kuvien esittämiseen• tarkoitus olla kevyitä, kannettavia, pienikokoisia,

helppokäyttöisiä• yhteensopivia monien eri laitteiden kanssa

(televisio, DVD-soitin, tietokone, videot...)• käytetään usein virtuaalitodellisuusympäristöissä

ISTD 2003, Displays & screens

3-ulotteisen kuvan antavat silmikkonäytöt

• näytöllä olevat kuvat näkyvät eri silmille hieman eri tavalla

• kuvista muodostuu kolmeulotteinen kuva, joka näyttäisi olevan näytön ja lasien välissä

• silmät katsovat koko ajan näyttöä, mutta kuva näyttää olevan kauempana -> silmien rasittuminen

ISTD 2003, Displays & screens

MicroVision: Nomad 1/2

• http://www.microvision.com/prod_nomad.htm

• tarkoitettu paikkoihin, joissa pitää nähdä normaalisti, mutta näytön avulla voidaan antaa lisäinformaatiota asiasta

• lääkärit, lentäjät, korjaajat, asentajat, poliisit, sotilaat

• ihmiset, joiden näkökyky on heikentynyt

• paino 510 - 765 g• resoluutio 800 x 600 pikseliä• näytön lisäksi kannettava patteri

(450 g), patterin kesto 4-8 tuntia

ISTD 2003, Displays & screens

MicroVision: Nomad 2/2

• yksivärinen = punainen• 32 eri (harmaa) punasävyä• voidaan yhdistää myös televisioon, DVD-soittimeen

tai tietokoneeseen, saatava hyöty hieman epäselvä

ISTD 2003, Displays & screens

Olympus: Eye-Trek• http://www.eye-trek.com/• koostuu laseista ja kontrolliyksiköstä• lasien paino 85 – 105 g• kontrolliyksikkö 35 – 400 g• ei läpinäkyvä• DVD-soittimet, televiot, tietokoneet,

konsolit• lisäpikseleitä Optical Super Resolution

(OSR) avullaVideoita:

Teknologia

Televisio

DVD

Pelit

ISTD 2003, Displays & screens

Muita samankaltaisia silmikkönäyttöjä

• Sony: Glasstron• http://www.sonyindia.co.in/cuttingedge/glasstron.cfm

• Daeyang: Cy-Visor / i-Visor• http://www.dyenc.co.kr/english/product/overview_m_1.ht

ml

• i-O Display Systems: i-Glasses, i-Scape• http://www.i-glasses.com/

ISTD 2003, Displays & screens

Muita yrityksiä:

• SEOS www.seos.com• Kaiser Electro-Optics www.keo.com• 5DT www.5dt.com• MicroOptical www.microopticalcorp.com

ISTD 2003, Displays & screens

Vahvuudet

• laaja katselukulma• immersiivisyys• stereoskooppinen kuva• helppokäyttöisyys

ISTD 2003, Displays & screens

Puutteet / heikkoudet

• silmien kuivuminen• silmien väsyminen• aivotoiminnan muutokset• voi aiheuttaa päänsärkyä• lasten silmät voivat vahingoittua• liian suuri paino

ISTD 2003, Displays & screens

Elektroniset ’paperinäytöt’

• taivutettavia, joustavia, kevyitä• pieniä tai jopa sanomalehden sivun kokoisia• ohuita (luottokortin paksuisia)• ihmiset lukevat mieluummin paperilta kuin näytöltä• perusideana näyttää staattista tekstiä ja kuvia• käyttökohteet: kirjat, sanoma-, aikakausi- ja

mainoslehdet, ilmoitukset ja julisteet

ISTD 2003, Displays & screens

Mikrokapselinäytöt

• http://www.e-ink.com/• Lucent Technologies’ Bell

Laboratories ja E Ink, Corporation• John A. Rogers, Zhenan Bao, Kirk

Baldwin, Brian Crone, Anant Dodabalapur, Howard Katz, Valerie Kuck ja V.K. Raju Bell Labsilta

• Karl Amundson, Jay Ewing ja Paul Drzaic E Ink, Corporationista.

ISTD 2003, Displays & screens

1. prototyyppi• ensimmäisen prototyypin

valmistusvuosi 2001• sivun koko 256 pikseliä,

pikselin koko 0.8 x 0.8 cm• paino n. 5 g, paksuus 1 mm• ei värejä (mustavalkea)• ei mahdollisuutta esittää

normaalikokoista tekstiä• tekstin esittämiseen

tarvittaisiin 0.1 x 0.1 mm:n kokoisia pikseleitä

• 100 x 100 mikrometrin pikselien toteuttaminen on tutkijoiden mukaan mahdollisia

ISTD 2003, Displays & screens

Arkkitehtuuri

• Läpinäkyvät elektrodit sisältävät indium-tina-oksidia ITO

• Välissä on ohut kalvo elektronista mustetta• Muste ja muut partikkelit siirtyvät sähkövirran

vaikutuksesta jommalle kummalle reunalla

ISTD 2003, Displays & screens

Vahvuudet

• vähävirtainen• pitkä näyttömuisti ilman erillistä teholähdettä• kontrasti ei muutu katselukulmaa vaihdettaessa• kevyt, ohut• taipuisa• pitkäikäinen

ISTD 2003, Displays & screens

Puutteet / heikkoudet

• pikselin muuttaminen 2.5 ms, koko kuvan muuttaminen n. 1 s

• ei sovellu ainakaan vielä liikkuvan kuvan esittämiseen pikselien hitauden takia (toisaalta ei välttämätöntä)

• huono resoluutio (1. prototyyppi)• kaksivärisyys

ISTD 2003, Displays & screens

Gyricon Media’s SmartPaper

• http://www.gyriconmedia.com/smartpaper/index.asp

• Xerox Palo Alto Research Center (PARC)• Nicholas Sheridon• resoluutio 100 dpi (300 dpi tulossa)• Lisälaitteita:

• erikoistulostimet, joilla voi tulostaa näytölle• sauvat, joilla voi piirtää tai kirjoittaa näytölle

ISTD 2003, Displays & screens

Arkkitehtuuri

• muodostuu miljoonista pienistä varatuista muovihelmistä, jotka ovat puoliksi mustia ja puoliksi valkeita (tai jotain muuta kahta väriä)

• öljyn vaikutuksesta jokaisen pallon ympärillä on pieni ilmatasku

• pallot saa kääntymään haluttuun suuntaan esim. radiotaajuuksien avulla, joita kontrolloidaan tietokoneella

ISTD 2003, Displays & screens

Vahvuudet

• paperimainen heijastuvuus• kestävyys• laaja katselukulma• joustavuus• kontrasti ei muutu katselukulmaa vaihdettaessa• Näytön vasteajat ovat lyhyitä

• kuvan aikaansaamiseksi partikkeleiden tarvitsee ainoastaan pyöriä.• kevyt, ohut (0,12-0,8 mm)• pieni virrankulutus: kolmella AA-patterilla 2 vuotta

• Virtaa kuluu ainoastaan näytön tilan muuttamiseen, ei näyttökuvan ylläpitämiseen.

ISTD 2003, Displays & screens

Puutteet / heikkoudet

• huono resoluutio• kaksivärisyys

• värinäyttöjen valmistus kallista ja hankalaa• Paperin korkeaa vaaleutta ja kontrastiominaisuuksia

ei ole pystytty saavuttamaan• kumiarkit eivät tunnu paperilta• Valo ei heijastu katsojaan pallojen välisistä kohdista

• apuun heksagonaalinen pallojen pakkaustapa• tummuus

ISTD 2003, Displays & screens

Oululaisia yrityksiä

• myOrigo• Tekniikka suurten dokumenttien näyttämiseen

pienellä mobiililaitteen näytöllä• MyOrigon (entinen) pääjohtaja Mats Lindoff

verkkoyhteyden haastattelussa

ISTD 2003, Displays & screens

Tulevaisuuden näkymiä

• Gartner ennustaa:• Vuoteen 2006 mennessä taipuviin näyttöihin

perustuvat tekniikat ilmaantuvat.• Vuoteen 2012 mennessä LCD, OLED ja muiden

uusien näyttötekniikoiden käyttö lopettaa CRT näyttöjen valmistuksen lähes kokonaan

• http://techupdate.zdnet.com/techupdate/stories/main/0,14179,2901050,00.html