LCD и AMOLED технологии.

Лекция 26. Преобразователи на КМОП и ПЗС матрицах.

Для ввода графических данных используют приборы с зарядовой связью (ПЗС-матрицы), а для вывода – устройства отображения информации, т.е. дисплеи на жидких кристаллах (LCD) и органических светодиодах (AMOLED).

Впервые принцип ПЗС с идеей сохранять и затем считывать электронные заряды был разработан в конце 60-х годов. Данный тип приборов в настоящее время имеет очень широкий круг применений в самых различных оптоэлектронных устройствах для регистрации изображения.

От обычного полупроводникового фотодиода ПЗС-приемник отличает две особенности:

Во-первых, таких светочувствительных элементов (их называют пикселами - элементами, принимающими свет и преобразующими его в электрические заряды) в ПЗС-приемнике очень много, от нескольких сотен тысяч и до нескольких миллионов. Размеры отдельных пикселов одинаковы и могут быть от единиц до десятков микрон. Пиксели могут быть выстроены в один ряд - тогда приемник называется ПЗС-линейкой, или ровными рядами заполнять участок поверхности - тогда приемник называют ПЗС-матрицей.

Во-вторых, в ПЗС-приёмнике, внешне похожем на обычную микросхему, нет огромного числа электрических контактов для вывода электрических сигналов, которые должны идти от каждого светоприемного элемента. Вывод сигналов от элементов в выходную цепь осуществляется путем «самосканирования» матрицы при помощи манипулирования потенциалами на фазовых электродах.

Действие ПЗС можно описать следующим образом: каждый светочувствительный элемент - пиксел - работает как копилка для электронов. Электроны накапливаются в пикселях под действием света, пришедшего от источника. В течение заданного интервала времени каждый пиксель постепенно заполняется электронами пропорционально количеству попавшего в него света. По окончании этого времени электрические заряды, накопленные каждым пикселем, по очереди передаются на "выход" прибора и преобразуются в напряжение или ток. Все это возможно за счет определенной структуры кристалла, где размещаются светочувствительные элементы и схема управления.

Практически так же работает и ПЗС-матрица. После экспонирования (засветки проецируемым изображением) электронная схема управления прибором подаёт на него сложный набор импульсных напряжений, которые начинают сдвигать столбцы с накопленными в пикселях электронами к краю матрицы, где находится аналогичный измерительный ПЗС-регистр, заряды в котором сдвигаются уже в перпендикулярном направлении и попадают на измерительный элемент, создавая в нем сигналы, пропорциональные отдельным зарядам.

Таким образом, для каждого последующего момента времени мы можем получить значение накопленного заряда и сообразить, какому пикселю на матрице (номер строки и номер столбца) он соответствует.