Перспективы развития SIM-карт

Первоначально SIM-карты выпускались «большого» формата - в размерах стандартной пластиковой карточки. Делалось это с целью обеспечить возможность универсального использования SIM-карт как в сотовых телефонах, так и в обычных стационарных таксофонах, что и было реализовано в некоторых европейских странах. Однако жизнь показала нецелесообразность такой универсальности SIM-карт, тем более что само развитие сотовой связи в некоторых местах стало приводить даже к отмиранию таксофонных сетей. По этой причине во всех современных моделях сотовых телефонов используются SIM-карты только «мини-формата».

Среди других систем карты, подобные SIM-картам стандарта GSM, используются в телефонах мобильной спутниковой связи и в терминалах сетей высокоскоростного беспроводного доступа по технологии Wi-Fi. Разработки аналогичных карт имеются и для стандартов cdmaOne (IS-95) и CDMA2000 - R-UIM-карты (Removable User Identity Module - съемный модуль идентификации пользователя). И это не удивительно - идея выделения всех персональных настроек и данных абонента из сотового телефона на отдельную сменную карту с микрокомпьютером уже уверенно доказала свою целесообразность. Скорее всего, универсальные карты наподобие современных SIM в будущем станут принадлежностью самых разных мобильных устройств связи, и не только.

Модули интерфейса пользователя

Клавиатура

Клавиатура всех мобильных телефонов матричная и подключается непосредственно к UPP - процессору (рис. 14). Нажатие клавиши обнаруживается программной процедурой сканирования.

Когда какой-либо из контактов замыкается, процессор вырабатывает сигнал прерывания и начинает процедуру просмотра состояния клавиатуры. Таким образом и определяется пара замкнутых контактов, а значит, нажатая клавиша.

Дисплей

В настоящее время широко применяются жидкокристаллические дисплеи TFT, CSTN, MSTN, и отдельный класс OLED.
TFT – Thin Film Transistor – технология активных жидкокристаллических матриц с тонкопленочными транзисторами.
CSTN – Color Super Twist Nematic – пассивная жидкокристаллическая цветная матрица. MSTN – Monochrome Super Twist Nematic – пассивная жидкокристаллическая монохромная матрица.
OLED – Organic Light Emitting Diode - органический светоизлучающий диод. Рассмотрим их подробнее.

Дисплеи LCD

Принцип работы жидкокристаллических дисплеев (LCD – Liquid Crystal Display) основан на явлении поляризации света. Классическая конструкция жидкокристаллического дисплея приведена на рис. 15. Этот рисунок, "путешествующий" по страницам многих web-сайтов, достаточно наглядно, хотя и крайне упрощенно, иллюстрирует устройство и принцип работы жидкокристаллических дисплеев почти всех типов

Сущность явления поляризации состоит в том, что естественный свет, являясь волной, выражаясь примитивно, объемной, проходя через определенные прозрачные материалы, приобретает свойства плоской волны. Устройства, с помощью которых естественный свет можно преобразовать в поляризованный, называют поляризаторами. Поляризаторы, имеющие малую толщину при большой площади, называют поляроидами. Обычно поляроиды создают на базе искусственных пленок. Через поляризационную пленку (поляроид) проходит только та составляющая световой волны, в которой вектор напряженности электрического поля лежит в плоскости, параллельной оптической оси поляроида и сильно поглощает световые лучи, в которых вектор напряженности электрического поля перпендикулярен его оптической оси

Работа жидкокристаллических дисплеев основана также еще на одном физическом явлении. При прохождении поляризованного света через некоторые вещества происходит поворот плоскости поляризации световой волны. Это явление называется вращением плоскости поляризации. Вещества, которые способны поворачивать плоскость поляризации падающих на них световых волн, называются оптически активными. Ими могут быть газы, кристаллы и жидкие вещества.

Между двумя стеклянными пластинами расположено аморфное вещество (так называемые жидкие кристаллы, ориентация молекул которых чувствительна к электростатическому и электромагнитному полям). При прохождении света через жидкокристаллическое вещество происходит поворот плоскости поляризация света. Благодаря жидким кристаллам можно поворачивать (вращать) плоскость поляризации, что приводит к тому, что свет либо беспрепятственно проходит через поляризационный фильтр, либо поглощается последним. Образно говоря, создаваемое внешнее электростатическое поле заставляет жидкие кристаллы работать аналогично затвору фотокамеры (разрешая или препятствуя прохождению световых лучей через поляризационный фильтр, в последнем случае свет поглощается фильтром).

Первые жидкокристаллические устройства отображения были созданы на базе технологии TN (Twist Nematic). Молекулы жидкокристаллического материала обладают дипольным моментом. В результате взаимодействия электрических полей диполей образуется спиралевидная структура (твист-эффект) из молекул жидкокристаллического вещества. Угол поворота спирали составляет 90°. Однако использование TN-технологии не позволяет обеспечить приемлемый уровень контрастности изображения. Использование технологии STN (Super Twist Nematic), при которой угол поворота спирали может составлять 180 и даже 270°, позволило улучшить и этот параметр и увеличить размеры экрана дисплея. В настоящее время наиболее распространены жидкокристаллические устройства отображения, созданные на базе STN-технологии. В технологии DSTN (Double Super Twist Nematic) STN-ячейки используются попарно. DSTN-дисплеи имеют двухслойную конструкцию экрана. Один из слоев предназначен для компенсации интерференционных искажений. В настоящее время для коррекции цвета и получения удовлетворительной контрастности монохромного (черно-белого) изображения в некоторых STN-дисплеях используются специальные полимерные пленки (компенсационные фильтры-корректоры - FSTN). В некоторых случаях для улучшения цветопередачи цветных и обеспечения хорошего качества передачи монохромных дисплеев используется технология TSTN (Triple Super Twist Nematic). Существуют и другие модификации TN- и STN-технологий. В них используются различные способы формирования жидкокристаллических ячеек и режимы их работы. Часто встречаемые в документации производителей аббревиатуры, отражают особенности реализации жидкокристаллических ячеек: FLC (Ferroelectric LC), GH (Guest-Host), DS (Dynamic Stattering), PDLC (Polymer Dispersed LC), VA (Vertical Alignment), IPS (In-Plane Switching).

Если расположить большое число электродов, с помощью которых создается электрическое поле, на отдельных участках экрана дисплея, появится возможность при соответствующем управлении электрическими потенциалами на этих электродах формировать на экране дисплея простейшие элементы изображения. Электроды, как правило, размещаются на прозрачном материале и имеют разную форму. Изображение на экране графических жидкокристаллических дисплеев формируется с помощью матрицы пикселей, как и в обычных CRT-мониторах. Отличие же состоит в конструкции ячеек, с помощью которых создаются простейшие элементы изображения (пиксели), и в способе формирования светового излучения. Каждый элемент матрицы, по сути, жидкокристаллический элемент, является оптически активным и позволяет поворачивать плоскость поляризации проходящего света. Еще одно важное свойство жидких кристаллов заключается в их способности изменять угол поворота плоскости поляризации в зависимости от величины приложенного внешнего электрического поля, что дает возможность изменять уровень интенсивности проходящего светового излучения. На пути распространения света устанавливаются поляроиды с разными свойствами. С помощью поляризационной пленки осуществляется поляризация проходящей световой волны. Свет попадает на жидкокристаллическое вещество, с помощью которого плоскость поляризации поворачивается на определенный угол. Далее свет проходит через поляризационный фильтр. Если направление вектора поляризации световой волны совпадает с оптической осью поляризационного фильтра, то для света он окажется прозрачным, а если между ними будет угол 90°, то световая волна полностью поглотится фильтром. Таким образом, воздействуя внешним электрическим полем, можно изменять интенсивность светового излучения. При помощи описанной конструкции можно получить лишь монохромное изображение.

Для создания цветного дисплея необходимо наличие матрицы из пикселей трех основных цветов -красного (R), зеленого (G) и синего (B). Цветное изображение получается в результате использования трех светофильтров, которые выделяют из спектра светового излучения источника эти три основных спектральных составляющих. Изменяя интенсивность излучения основных цветов для каждой точки изображения, состоящей из трех пикселей, можно создать цветное изображение. Проблема заключается в том, что при прохождении света через светофильтр происходит его поглощение, что приводит к уменьшению уровня яркости и контрастности изображения и, как следствие, ухудшению качества цветопередачи. В последнее время начал применяться альтернативный подход, основанный на еще одном свойстве жидких кристаллов. Для разных длин волн углы поворота плоскости поляризации света при одном и том же электростатическом внешнем поле отличаются. Реализовать этот способ сложнее, однако его использование позволяет достичь большей яркости, лучшей контрастности и в целом улучшить цветопередачу.

Традиционный графический жидкокристаллический дисплей содержит пассивную матрицу пикселей. При адресации к пассивной матрице применяется временное мультиплексирование при выборе строк и столбцов матрицы без использования коммутирующих элементов. Недостатки такого способа адресации: низкий коэффициент контрастности изображения, сложная система формирования управляющих напряжений, заметное проявление кросс-эффекта (взаимовлияния соседних пикселей), большая длительность переключения. В активной матрице для управления каждым пикселем изображения сформирован коммутирующий элемент (транзистор или диод). Функциональные возможности LCD-дисплеев с активной матрицей такие же, как дисплеев с пассивной матрицей. Отличие заключается в наличии коммутирующих элементов (транзисторов), с помощью которых осуществляется управление отдельными пикселями матрицы изображения (жидкокристаллическими ячейками). В пассивной матрице электроды получают электрический потенциал в процессе последовательного построчного сканирования матрицы, что обеспечивает постоянное обновление изображения, однако в результате разряда емкости электродов изображение со временем исчезает, так как жидкие кристаллы возвращаются к своей первоначальной конфигурации. В активной матрице к каждому электроду подключен транзистор и накопительный конденсатор, что позволяет на более длительное время сохранять электрический потенциал на электроде, в результате изображение не изменяется до тех пор, пока не начнется процесс очередного сканирования.

OLED

OLED - Organic Light Emitting Diode - органический светоизлучающий диод - тонкопленочное устройство на базе органических материалов, обладающих электролюминисцентными качествами.

Впервые был предложен фирмой Eastman Kodak. Схема состоит из двух слоев органики между электродами. Выглядит она так. Анодным электродом является прозрачное напыление на стекле тончайшего слоя indium-tin-oxid. К нему прилегает первый органический слой, порядка 750 ангстрем (75 нм) ароматического диамина, затем идет светоизлучающая пленка. Последним слоем является катод, состоящий из смеси магния с серебром с атомным соотношением 10:1. Вся эта система имеет толщину менее 500 нм.

При прохождении тока напряжением от 2.5 В, базовый слой начинает излучать фотоны. Интенсивнось увеличивается по мере увеличения силы тока практически линейно, позволяя при напряжении менее 10 В получить яркость более 1000 Кд на квадратный метр, что минимум в два раза превышает соответствующий показатель сегодняшних LCD экранов (максимум же - свыше 100 000 Кд на квадратный метр). Пик интенсивности спектра приходится на 550 нм длину волны, что соответствует зеленому цвету.

Как в традиционных CRT экранах, OLED экран представляет собой матрицу, состоящую из комбинаций ячеек трех основных цветов - красного, синего, зеленого. В соответствии с тем, какой цвет требуется - регулируется уровень напряжения на каждой из ячеек матрицы.
OLED экраны с пассивными матрицами применяются в дешевых сотовых телефонах.

Такая матрица представляет собой массив пикселей в виде пересекающихся строк и колонок. Каждое такое пересечение является OLED диодом. Чтобы засветить его, подается напряжение на соответствующие строку и колонку. Чем оно больше, тем ярче светимость пикселя. Напряжение требуется достаточно высокое, что является недостатком.

Принципы работы активной матрицы у LCD и OLED похожи между собой. Каждое из пересечений колонок и линий представляет собой не только светоизлучающий элемент, жидкокристаллическую ячейку или OLED диод, но и управляющий им транзистор, который запоминает уровень светимости ячейки до поступления нового сигнала. Напряжение при этом требуется низкое, и ячейка работает быстрее. В этой технологии используются тонкопленочные транзисторы – TFT.