Плазменная технология. Начало

Содержание

Введение……………………………………………………………………...3

Устройство дисплея.…………...……………………………………………3

Плазменная технология. Начало…..……………………………………….4

Принцип работы………………………………………………………………5

От светящейся трубки к пикселю  плазменной панели……………………6

Преимущества…….………………………………………………………….9

Недостатки…………………………………………………………………..10

Применение…………………………………………………………………12

Список используемой литературы………………………………………….13

 

Введение 

Плоские дисплеи в  будущем полностью заменят привычные электронно-лучевые трубки телевизоров. HDTV, цифровая конвергенция и DVD высокого разрешения знаменуют смерть ЭЛТ-телевизоров. Конечно, этого ещё не произошло, но ждать осталось недолго. Пару-тройку десятилетий назад таким же был переход с чёрно-белых телевизоров на цветные. Но в нашу эпоху, с учётом быстрого внедрения новинок в жизнь и их удешевлением, уже через несколько лет телевизор с лучевой трубкой будет смотреться анахронизмом. Но при покупке плоскопанельного телевизора возникает проблема: необходимо выбрать между двумя технологиями, существенно отличающимися друг от друга: между плазмой и ЖК.

Что касается компьютерных мониторов, то здесь выбор простой - победителем на рынке однозначно можно назвать ЖК. Но вот в области  телевизоров обе технологии продолжают конкурировать. В нашей статье мы постараемся рассмотреть конкурирующие технологии, выделить их преимущества и недостатки, чтобы вы смогли сделать обоснованный выбор.

 

Устройство  дисплея

Если вы знакомы с  технологиями дисплеев, то можете переходить напрямую к следующему разделу. Здесь же мы рассмотрим базовые различие в технологиях ЭЛТ, плазменных и ЖК-дисплеев.

Все они используют общий  подход для вывода полного цветового  спектра: разделение цветов на базовые. Вместо сложных пикселей, способных  выдавать множество оттенков, разработчики остановили свой выбор на пикселях, состоящих из трёх суб-пикселей, каждый из которых отображает оттенки своего цвета: красного, зелёного или синего.

 

 

 

Если пользователь находится  на удалении от экрана, то он уже не может отличить суб-пиксели друг от друга и воспринимает их как единое целое. Поэтому подобные пиксели могут составлять полноцветную картинку - через смешение красных, зелёных и синих суб-пикселей. Используя все три цвета в равных пропорциях, можно создавать оттенки серого - от белого до чёрного.

 

Выбор в качестве основных цветов красного, зелёного и синего может шокировать людей, интересующихся живописью, поскольку там основными  цветами являются пурпурный, жёлтый и голубой. Однако здесь мы говорим  об аддитивных основных цветах, путём  сложения которых можно получить все остальные, - поэтому ими и стали красный, зелёный и синий (RGB).

Ниже показан пример реализации подобной модели на электронно-лучевой  трубке.

 

 

 
Вы можете видеть суб-пиксели каждого  из основных цветов.

 

Все современные технологии дисплеев - ЭЛТ, ЖК и плазма - используют этот принцип. В следующих разделах мы подробно рассмотрим его реализацию в каждой из технологий.

 

Плазменная  технология. Начало

Многие даже и не подозревают, но плазменная технология не такая  уж и новая, даже несмотря на то, что её промышленное использование началось в начале 90-х годов. Исследования плазменных дисплеев проводились в США ещё четыре десятилетия назад, в 60-х годах. Технология была разработана четырьмя учёными: Битцером (Bitzer), Слоттоу (Slottow), Вилсоном (Willson) и Аророй (Arora). Первый прототип дисплея появился довольно быстро, в 1964 году. Матрица, революционная для свого времени, имела размер 4 на 4 пикселя, которые излучали монохромный голубой цвет. Затем, в 1967 году, размер матрицы был увеличен до 16x16 пикселей, на этот раз она излучала монохромный тёмно-красный цвет (с помощью неона).

 

Вполне естественно, что  эта технология заинтересовала производителей, и в 1970 году к работе присоединились такие компании, как IBM, NEC, Fujitsu и Matsushita. К сожалению, из-за отсутствия рынка, оправдывающего промышленное производство, к 1987 году разработки в США были практически остановлены, и последней компанией, поднявшей лапки кверху, была IBM. В США осталась горстка учёных, продолживших работать над этой технологией, однако основные исследования были перенесены в Японию. Первая коммерческая модель появилась на рынке в начале 90-х годов. Fujitsu первой преодолела 21" барьер.

Сегодня большинство  крупных производителей бытовой  техники, включая компании LG, Pioneer, Philips, Hitachi и другие, предлагают плазменные панели.

 

Принцип работы

Принцип работы плазменных дисплеев довольно прост: каждый суб-пиксель  представляет собой микроскопическую флуоресцентную лампу, излучающую только один из основных цветов: красный, зелёный или синий. Регулируя яркость свечения лампы можно получить различные оттенки.

И свечение в плазменных дисплеях достигается точно так  же, как у флуоресцентных трубок, которые мы повсеместно наблюдаем: внутри трубки запаян инертный газ (к примеру, аргон). На концах трубки находятся электроды, к которым подводится высокое напряжение (несколько тысяч вольт). Инертный газ в нормальном состоянии электрически нейтрален, но под действием тока он превращается в плазму - газ, состоящий из свободных электронов и положительных ионов (в результате суммарный заряд остаётся нейтральным). Из-за разницы потенциалов в несколько тысяч вольт электроны перетекают к положительному катоду, а электроны - к отрицательному аноду трубки. Подобное движение приводит к столкновению с атомами. При каждом столкновении атом набирает энергию, и электроны переходят на более высокую орбиту. Когда они возвращаются на изначальную орбиту, то испускают фотон: квант света.

Излучаемый свет является результатом движения плазмы в условиях сильного электрического поля. Но приложения постоянного потенциала к полюсам трубки недостаточно. Плазма должна постоянно двигаться, чтобы излучать свет, поэтому к полюсам прикладывается переменный ток. В итоге ионы газа движутся то в одну сторону, то в другую.

Но здесь возникает  проблема. Дело в том, что излучаемый плазмой свет невидим: это ультрафиолет, который человеческий глаз не способен воспринимать. Поэтому свет нужно  превратить в видимый. Для этого  на стенки трубки наносят порошок, чувствительный к ультрафиолету и излучающий белый свет (вспомните обычные лампы дневного света). Этот порошок, который часто называют люминофором, является сцинтиллятором: материалом, преобразующим одну форму излучения в другую.

Сцинтилляторы давно используются в дисплеях. Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) тоже применяют сцинтилляторы, преобразующие поток электронов в зелёный, красный или синий свет.

 

От светящейся трубки к пикселю плазменной панели

Переложение этой технологии на пиксели плазменного дисплея тоже довольно логично. Каждый пиксель состоит из трёх идентичных микроскопических полостей, содержащих инертный газ (ксенон) и имеющих два электрода, спереди и сзади. После того, как к электродам будет приложено сильное напряжение, плазма начнёт перемещаться. При этом она излучает ультрафиолетовый свет (показан на рисунке фиолетовым), который попадает на сцинтилляторы в нижней части каждой полости. Сцинтилляторы излучают один из основных цветов: красный, зелёный или синий. Затем цветной свет проходит через стекло и попадает в глаз зрителя.

Таким образом, в плазменной технологии пиксели работают, подобно  флуоресцентным трубкам, но создание панелей  из них довольно проблематично. Первая трудность - размер пикселя. Суб-пиксель  плазменной панели имеет объём 200 мкм x 200 мкм x 100 мкм, а на панели нужно уложить несколько миллионов пикселей, один к одному. Во-вторых, передний электрод должен быть максимально прозрачным. Для этой цели используется оксид индия и олова, поскольку он проводит ток и прозрачен. К сожалению, плазменные панели могут быть такими большими, а слой оксида настолько тонким, что электрическое сопротивление материала будет слишком велико для требуемого напряжения (около 300 вольт). Поэтому приходится добавлять промежуточные соединительные проводники из хрома - он проводит ток намного лучше, но, к сожалению, непрозрачен.

Наконец, требуется подобрать правильные осцилляторы (также называемые люминофорами). Они зависят от требуемого цвета:

Зелёный: Zn2SiO4:Mn2+ / BaAl12O19:Mn2+

Красный: Y2O3:Eu3+ / Y0,65Gd0,35BO3:Eu3

Синий: BaMgAl10O17:Eu2+

Три этих люминофора дают свет с длиной волны между 510 и 525 нм для зелёного, 610 нм для красного и 450 нм для синего.

Последней проблемой остаётся адресация  пикселей, поскольку, как мы уже видели, чтобы получить требуемый оттенок нужно менять интенсивность цвета независимо для каждого из трёх суб-пикселей.

На плазменной панели 1280x768 пикселей присутствует примерно три миллиона суб-пикселей, что даёт шесть миллионов электродов. Как  вы понимаете, проложить шесть миллионов  дорожек для независимого управления суб-пикселями невозможно, поэтому  дорожки необходимо мультиплексировать. Передние дорожки обычно выстраивают в цельные строчки, а задние - в столбцы. Встроенная в плазменную панель электроника с помощью матрицы дорожек выбирает пиксель, который необходимо зажечь на панели. Операция происходит очень быстро, поэтому пользователь ничего не замечает, - подобно сканированию лучом на ЭЛТ-мониторах.

Существуют и другие виды плазменных панелей, но здесь мы не будем подробно их рассматривать. Наиболее известная альтернатива - панель ACC (alternative coplanar current, переменного копланарного тока). В каждом суб-пикселе такой панели используется три электрода, а не два.

Передние электроды (scan и sustain) должны быть прозрачными, поэтому  их тоже изготавливают из оксида индия  и олова.  

Управление панелями ACC сложнее, но их преимущество заключается в способности обеспечивать течение плазмы дольше, чем у традиционной панели. На первом этапе между электродами scan и data прикладывается разница потенциалов в 300 В (+100 В и -200 В). Затем заряды электродов scan и sustain постоянно меняются, в результате чего они попеременно образуют разность потенциалов. Преимущество подобного подхода заключается в том, что поток плазмы не прекращает своё движение, а электрод data остаётся свободным, в результате параллельно можно адресовать другой пиксель. Подобным способом, с помощью электрода data, свечение суб-пикселя прекращается.

 

Преимущества

Плазменная технология обладает многочисленными преимуществами над ЖК и ЭЛТ. Во-первых, осцилляторы  для плазменного телевизора обеспечивают более сочные цвета в более широком диапазоне. Цветовой диапазон плазменных экранов намного шире, чем у ЭЛТ-телевизоров.

 
Источник: NEC-Mitsubishi.

Затем, углы обзора очень  широки - особенно по сравнению с  ЖК-дисплеями. Основной причиной является то, что свет создаётся самим пикселями, в отличие от технологии ЖК, как мы увидим ниже. Кроме того, плазменным панелям не нужен поляризатор.

Наконец, контрастность "плазмы" аналогична лучшим ЭЛТ-телевизорам. Основная тому причина - глубокий чёрный цвет. Выключенный пиксель не излучает цвет совсем, в отличие от пикселей ЖК. Кроме того, плазменные телевизоры обладают большей яркостью, чем ЭЛТ-мониторы, обеспечивая от 900 до 1000 кд/м².

Также следует заметить, что плазменные дисплеи могут  достигать больших размеров (с диагональю от 32" до 50") с минимальной толщиной. Это очень важное преимущество по сравнению с ЭЛТ-дисплеями, когда большой диагонали сопутствуют громоздкие габариты.

 

Недостатки

У плазменных панелей  проблемы заключаются в размере  самих пикселей. Достичь размера пикселя меньше 0,5 или 0,6 мм практически невозможно. Поэтому плазменные телевизоры с диагональю меньше 32" (82 см) попросту не существуют. Для обеспечения достойного разрешения у производителей плазменных панелей нет другого выбора, кроме как повышать размер дисплея с 32 до 50 дюймов (с 82 до 127 см).

Что касается качества картинки, то и здесь не всё гладко. Проблемы связаны с природой пикселей. Так  как пиксель плазмы требует электрического разряда для излучения света, то он может либо гореть, либо не гореть, но промежуточного состояния нет. Потому для управления яркостью свечения производители используют метод импульсно-кодовой модуляции.  

Метод очень прост. Чтобы  пиксель горел ярко, его нужно  часто зажигать. Для получения  более тёмного оттенка зажигать пиксель можно реже. Глаз человека не заметит отдельные вспышки и усреднит значение яркости. Этот метод хорошо работает, но и не свободен от недостатков. Если средние и яркие оттенки отображаются вполне прилично, то тёмные оттенки страдают от недостатка света - их очень трудно отличить друг от друга.

Если получающаяся картинка с расстояния выглядит цельной, то на близком расстоянии вы вряд ли сможете  ей наслаждаться. Общепринято, что человеческий глаз не замечает мерцания с частотой выше 85 Гц, но это не всегда так. На самом деле, глаз способен воспринимать и более высокие частоты, но мозг просто не успевает их обрабатывать. Поэтому 85-Гц картинка может приводить к утомлению глаз, даже если зритель и не видит мерцание.

К сожалению, именно так и происходит в случае с плазменными панелями, особенно во время просмотра с близкого расстояния. Так что картинка на плазменном телевизоре больше, но и сидеть от экрана придётся дальше. Следовательно, большего погружения в фильм не получится.