На лицевой стороне экрана и адресными электродами, проходящими по его задней стороне. Газовый разряд вызывает ультрафиолетовое излучение , которое, в свою очередь, инициирует видимое свечение люминофора. В цветных плазменных панелях каждый пиксель экрана 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, который попадает на люминофоры в нижней части каждой полости. Люминофоры 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 люминесцентным 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 при протекании больших токов на сопротивлении проводников будет падение напряжения, которое сильно уменьшит и исказит сигналы. Поэтому приходится добавлять промежуточные соединительные проводники из хрома - он проводит ток намного лучше, но, к сожалению, непрозрачен.
Наконец, требуется подобрать правильные люминофоры. Они зависят от требуемого цвета:
- Зелёный: Zn 2 SiO 4:Mn 2+ / BaAl 12 O 19:Mn 2+
- Красный: Y 2 O 3:Eu 3+ / Y0,65Gd 0,35 BO 3:Eu 3
- Синий: BaMgAl 10 O 17:Eu 2+
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.
Немного истории.
Первый прототип плазменного дисплея появился в 1964 году. Его сконструировали ученые Иллинойского университета Битцер и Слоттоу как альтернативу кинескопному экрану для компьютерной системы Plato. Дисплей этот был монохромным, не требовал дополнительной памяти и сложных электронных схем и отличался высокой надежностью. Его предназначением было в основном индицировать буквы и цифры. Однако в качестве компьютерного монитора он так и не успел, как следует реализоваться, поскольку благодаря полупроводниковой памяти, появившейся в конце 70-х, кинескопные мониторы оказались дешевле в производстве. Зато плазменные панели благодаря малой глубине корпуса и большому экрану получили распространение в качестве информационных табло в аэропортах, вокзалах и на биржах. Информационными панелями плотную занялась компания IBM, а в 1987 году бывший студент Битцера, доктор Лэрри Вебер, основал компанию Plasmaco, которая занялась производством монохромных плазменных дисплеев. Первый же цветной плазменный дисплей 21" был представлен фирмой Fujitsu в 1992 году. Разрабатывался он совместно с конструкторским бюро Иллинойского университета и компанией NHK. А в 1996 Fujitsu покупает компанию Plasmaco со всеми ее технологиями и заводом, и выбрасывает на рынок первую коммерчески успешную панель плазмы – Plasmavision с экраном разрешения 852 х480 диагональю 42" с прогрессивной разверткой. Началась продажа лицензий другим производителям, первым среди которых стал Pioneer. Впоследствии, активно развивая плазменную технологию, Pioneer, пожалуй, больше всех остальных преуспел на плазменном поприще, создав целый ряд великолепных моделей плазмы.
При всем ошеломляющем коммерческом успехе плазменных панелей качество изображения поначалу было, мягко сказать, удручающим. Стоили же они баснословных денег, но быстро завоевали аудиторию благодаря тому, что выгодно отличались от кинескопных монстров плоским корпусом, дававшим возможность повесить телевизор на стену, и размерами экрана: 42 дюйма по диагонали против 32 (максимум для кинескопных телевизоров). В чем же был основной дефект первых плазменных мониторов? Дело в том, что при всей красочности картинки они совершенно не справлялись с плавными цветовыми и яркостными переходами: последние распадались на ступеньки с рваными краями, что на подвижном изображении выглядело вдвойне ужасно. Оставалось только гадать, отчего возникал данный эффект, о котором, как будто сговорившись, ни слова не писали средства массовой информации, превозносившие новые плоские дисплеи. Однако лет через пять, когда сменилось несколько поколений плазмы, ступеньки стали встречаться все реже, да и по другим показателям качество изображения стало стремительно расти. К тому же помимо 42-дюймовых появились панели 50" и 61". Постепенно росло и разрешение, и где-то на этапе перехода к 1024 х 720 плазменные дисплеи были, что называется, в самом соку. Совсем же недавно плазма успешно переступила новый порог качества, войдя в привилегированный круг устройств Full HD. В настоящее время наиболее популярными являются размеры экрана 42 и 50 дюймов по диагонали. В придачу к стандартному 61" появился размер 65", а также рекордный 103". Впрочем, настоящий рекорд только грядет: компания Matsushita (Panasonic) недавно анонсировала панель 150"! Но это, как и модели 103" (кстати, на основе панелей Panasonic плазмы такого же размера производит известная американская компания Runco), штука неподъемная как в прямом, так и в еще более прямом смысле (вес, цена).
Технологи плазменных панелей.
Просто о сложном.
Вес был упомянут неспроста: плазменные панели очень много весят, особенно модели больших размеров. Это является следствием того, что плазменная панель в основном состоит из стекла, если не считать металлическое шасси и пластиковый корпус. Стекло здесь необходимо и незаменимо: оно останавливает вредное ультрафиолетовое излучение. По этой же причине никто не производит люминесцентные лампы из пластика, только из стекла.
Вся конструкция плазменного экрана - это два листа стекла, между которыми находится ячеистая структура пикселей, состоящих из триад субпикселей - красных, зеленых и голубых. Ячейки заполнены инертными, т. н. «благородными» газами - смесью неона, ксенона, аргона. Проходящий через газ электрический ток заставляет его светиться. По сути, плазменная панель представляет собой матрицу из крошечных флуоресцентных ламп, управляемых при помощи встроенного компьютера панели. Каждый пиксель-ячейка является своеобразным конденсатором с электродами. Электрический разряд ионизирует газы, превращая их в плазму - т. е. электрически нейтральную, высокоионизированную субстанцию, состоящую из электронов, ионов и нейтральных частиц. На самом деле каждый пиксель делится на три субпикселя, содержащих красный(R), зеленый(G) либо синий(B) люминофор: 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. Фактически вертикальные ряды R, G и B просто поделены на отдельные ячейки горизонтальными перетяжками, что делает структуру экрана очень похожей на масочный кинескоп обычного телевизора. Сходство с последним еще и в том, что здесь используется тот же цветной фосфор, которым покрыты изнутри ячейки субпикселей. Только поджог фосфорного люминофора осуществляется не электронным лучом, как в кинескопе, а ультрафиолетовым излучением. Для создания разнообразных оттенков цветов интенсивность свечения каждого субпикселя контролируется независимо. В кинескопных телевизорах это делается путем изменения интенсивности потока электронов, в `плазме` - при помощи 8-битной импульсной кодовой модуляции. Общее число цветовых комбинаций в этом случае достигает 16,777,216 оттенков.
Как получается свет. Основа каждой плазменной панели - это собственно плазма, т. е. газ, состоящий из ионов (электрически заряженных атомов) и электронов (отрицательно заряженных частиц). В нормальных условиях газ состоит из электрически нейтральных, т. е. не имеющих заряда частиц.
Если ввести в газ большое число свободных электронов, пропустив через него электрический ток, ситуация меняется радикально. Свободные электроны сталкиваются с атомами, `выбивая` все новые и новые электроны. Без электрона меняется баланс, атом приобретает положительный заряд и превращается в ион.
Когда электрический ток проходит через образовавшуюся плазму, отрицательно и положительно заряженные частицы стремятся друг к другу.
Среди всего этого хаоса частицы постоянно сталкиваются. Столкновения `возбуждают` атомы газа в плазме, заставляя их высвобождать энергию в виде фотонов в ультрафиолетовом спектре.
При попадании фотонов на люминофор, частицы последнего возбуждаются, испускают свои собственные фотоны, но они уже окажутся видимы и приобретут форму световых лучей.
Между стеклянными стенками располагаются сотни тысяч ячеек, покрытых люминофором, который светится красным, зеленым и голубым светом. Под видимой стеклянной поверхностью - по всему экрану - расположены длинные, прозрачные дисплейные электроды, изолированные сверху листом диэлектрика, а снизу слоем оксида магния (MgO).
Чтобы процесс был стабильным и управляемым, необходимо обеспечить достаточное количество свободных электронов в толще газа плюс достаточно высокое напряжение (порядка 200 В), которое заставит ионный и электронные потоки двигаться навстречу друг другу.
А чтобы ионизация происходила мгновенно, помимо управляющих импульсов на электродах присутствует остаточный заряд. К электродам управляющие сигналы подводятся по горизонтальным и вертикальным проводникам, образующим адресную сетку. Причем вертикальные (дисплейные) проводники представляют собой токопроводящие дорожки на внутренней поверхности защитного стекла с передней стороны. Они прозрачны (слой окиси олова с примесью индия). Горизонтальные же (адресные) металлические проводники располагаются с тыльной стороны ячеек.
Ток течет от дисплейных электродов (катодов) к анодным пластинкам, повернутым под углом 90 градусов относительно дисплейных электродов. Защитный слой служит для исключения прямого контакта с анодом.
Под дисплейными электродами располагаются уже упомянутые нами ячейки пикселей RGB, выполненные в форме крохотных коробочек, изнутри покрытых цветным люминофором (каждая „цветная“ коробочка - красная, зеленая или голубая - называется подпикселем). Под ячейками находится конструкция из адресных электродов, расположенных под углом 90 градусов к дисплейным электродам и проходящих через соответствующие цветные подпиксели. Следом располагается защитный для адресных электродов уровень, закрытый задним стеклом.
Прежде, чем плазменный дисплей будет запаян, в пространство между ячейками впрыскивается под низким давлением смесь двух инертных газов - ксенона и неона. Для ионизации конкретной ячейки создается разность напряжений между дисплейным и адресным электродами, расположенными друг напротив друга выше и ниже ячейки.
Немного реалий.
На самом деле структура реальных плазменных экранов гораздо сложнее, да и физика процесса совсем не так проста. Помимо описанной выше матричной сетки существует и другая разновидность - сопараллельная, предусматривающая дополнительный горизонтальный проводник. Кроме этого, тончайшие металлические дорожки дублируют для выравнивания потенциала последних по всей длине, которая довольно значительна (1 м и более). Поверхность электродов покрыта слоем окиси магния, который выполняет изолирующую функцию и одновременно обеспечивает вторичную эмиссию при бомбардировке положительными ионами газа. Существуют и различные типы геометрии пиксельных рядов: простая и «вафельная» (ячейки разделены двойными вертикальными стенками и горизонтальными перемычками). Прозрачные электроды могут выполняться в форме двойного Т или меандра, когда они как бы переплетаются с адресными, хотя и находятся в разных плоскостях. Существует множество и других технологических хитростей, направленных на повышение эффективности плазменных экранов, которая изначально была довольно низкой. С этой же целью производители варьируют газовый состав ячеек, в частности, увеличивают процентное содержание ксенона с 2 до 10%. Кстати, газовая смесь в ионизированном состоянии слегка светится и сама по себе, поэтому, дабы устранить загрязнение спектра люминофоров этим свечением, в каждой ячейке устанавливают миниатюрные светофильтры.
Управление сигналом.
Последней проблемой остаётся адресация пикселей, поскольку, как мы уже видели, чтобы получить требуемый оттенок нужно менять интенсивность цвета независимо для каждого из трёх субпикселей. На плазменной панели 1280x768 пикселей присутствует примерно три миллиона субпикселей, что даёт шесть миллионов электродов. Как вы понимаете, проложить шесть миллионов дорожек для независимого управления субпикселями 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. Управление пикселями осуществляется с помощью трех типов импульсов: стартовых, поддерживающих и гасящих. Частота - порядка 100 кГц, хотя известны идеи дополнительной модуляции управляющих импульсов радиочастотами (40 МГц), что обеспечит более равномерную плотность разряда в толще газа.
По сути, управление свечением пикселей носит характер дискретной широтно-импульсной модуляции: пикселей светятся ровно столько, сколько длится поддерживающий импульс. Длительность же его при 8-битной кодировке может принимать 128 дискретных значений, соответственно, получается такое же количество градаций яркости. Уж не в этом ли была причина рваных градиентов, распадающихся на ступеньки? Плазма более поздних поколений постепенно наращивала разрешение: 10, 12, 14 бит. Последние модели Runco, относящиеся к категории Full HD, используют 16-битную обработку сигнала (вероятно, и кодировку также). Так или иначе, ступеньки исчезли и больше, будем надеяться, не появятся.
Помимо самой панели.
Постепенно совершенствовалась не только сама панель, но и алгоритмы обработки сигнала: масштабирования, прогрессивного преобразования, компенсации движений, подавления шумов, оптимизации цветосинтеза и пр. У каждого производителя плазмы появился свой набор технологий, частично дублирующий чужие под другими названиями, но частично и свои. Так, почти все использовали алгоритмы масштабирования и адаптивного прогрессивного преобразования DCDi Faroudja, в то время как некоторые заказывали оригинальные разработки (например, Vivix у Runco, Advanced Video Movement у Fujitsu, Dynamic HD Converter у Pioneer и т. д.). В целях повышения контрастности вносились коррективы в структуру управляющих импульсов и напряжений. Для увеличения яркости в форму ячеек вводились дополнительные перемычки для увеличения покрытой люминофором поверхности и снижения засветки соседних пикселей (Pioneer). Постепенно росла роль «интеллектуальных» алгоритмов обработки: вводилась покадровая оптимизация яркости, система динамического контраста, продвинутые технологии цветосинтеза. Корректировки в исходный сигнал вносились не только исходя из характеристик самого сигнала (насколько темным или светлым являлся текущий сюжет или насколько быстро движутся объекты), но и из уровня внешней освещенности, который отслеживался с помощью встроенного фотосенсора. С помощью продвинутых алгоритмов обработки удалось достичь просто фантастических успехов. Так, компания Fujitsu путем интерполяционного алгоритма и соответствующих доработок процесса модуляции добилась увеличения количества градаций цвета в темных фрагментах до 1019, что намного превышает собственные возможности экрана при традиционном подходе и соответствует чувствительности человеческого зрительного аппарата (технология Low Brightness Multi Gradation Processing). Эта же компания разработала метод раздельной модуляции четных и нечетных управляющих горизонтальных электродов (ALIS), который затем использовался в моделях Hitachi, Loewe и др. Метод давал повышенную четкость и уменьшал зубчатость наклонных контуров даже без дополнительной обработки, в связи, с чем в спецификациях использовавших его моделей плазмы появился необычный показатель разрешения 1024 × 1024. Такое разрешение, конечно, являлось виртуальным, но эффект оказался весьма впечатляющим.
Достоинства и недостатки.
Плазма - это дисплей, который, подобно кинескопному телевизору, не использует светоклапаны, а излучает уже модулированный свет непосредственно фосфорными триадами. Это в определенной степени роднит плазму с электронно-лучевыми трубками, столь привычными и доказавшими свою состоятельность на протяжении нескольких десятилетий.
У плазмы заметно более широкий охват цветового пространства, что также объясняется спецификой цветосинтеза, который формируется «активными» фосфорными элементами, а не путем пропускания светового потока лампы через светофильтры и светоклапаны.
Кроме того, ресурс плазмы около 60000 часов.
Итак, плазменные телевизоры это:
Большой размер экрана + компактность + отсутствие элемента мерцания; - Высокая четкость изображение; - Плоский экран, не имеющий геометрических искажений; - Угол обзора 160 градусов по всем направлениям; - Механизм не подверженный влиянию магнитных полей; - Высокие разрешение и яркость изображения; - Наличие компьютерных входов; - Формат кадра 16:9 и наличие режима прогрессивная развертка.
В зависимости от ритма пульсации тока, который пропускается через ячейки, интенсивность свечения каждого субпикселя, контроль над которым осуществлялся независимо, будет разной. Увеличивая или уменьшая интенсивность свечения, можно создавать разнообразные цветовые оттенки. Благодаря такому принципу работы плазменной панели удаётся получить высокое качество изображения без цветовых и геометрических искажений. Слабой стороной является относительно низкая контрастность. Это связано с тем, что на ячейки постоянно должен подаваться ток низкого напряжения. В противном случае время отклика пикселей (их загорание и затухание) будет увеличено, что недопустимо.
Теперь о недостатках.
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 при протекании больших токов на сопротивлении проводников будет падение напряжения, которое сильно уменьшит и исказит сигналы. Поэтому приходится добавлять промежуточные соединительные проводники из хрома - он проводит ток намного лучше, но, к сожалению, непрозрачен. Боится плазма и не очень деликатной транспортировки. Потребление электроэнергии весьма значительное, хотя в последних поколениях его удалось существенно снизить, заодно исключив и шумные вентиляторы охлаждения.
Плазменные дисплеи (PDP)
Плазменные панели в настоящее время наряду с ЖК-телевизорами царствуют на рынке плоскопанельных дисплеев, практически полностью вытеснив кинескопные и проекционные телевизоры. Неудивительно: при толщине корпуса в несколько сантиметров эти «живые картины» гораздо удобнее и легко вписываются в интерьер. И, если ЖК-телевизоры пока что только набирают темпы развития, плазма, пройдя долгий путь в 15 лет, похоже, достигла пика. На горизонте появляется еще одна конкурирующая технология плоских дисплеев – OLED (органические светодиодные дисплеи), которая, по логике вещей, рано или поздно безжалостно похоронит как плазму, так и ЖК. Иногда появляется информация о еще одной прогрессивной технологии, обещающей немыслимый прорыв в качестве изображения – поверхностных катодах. Это направление берет начало в области нанотехнологий и использует эффект туннельного перехода. Не исключено, что за ним будущее, хотя со светодиодами все было бы гораздо проще: понятная, простая до смешного конструкция матриц, колоссальный ресурс. Наверняка рано или поздно плазма сойдет со сцены, но как скоро это произойдет, не знает никто. Поэтому плазма пока что сохраняет свою актуальность как наиболее высококачественный дисплей, пригодный не только на роль «дежурного» телевизора для беглого просмотра новостей и спортивных трансляций, но и для домашнего кинотеатра относительно скромных масштабов.
История плазменных дисплеев
Первый прототип плазменного дисплея появился в 1964 году. Его сконструировали ученые Иллинойского университета Битцер и Слоттоу как альтернативу кинескопному экрану для компьютерной системы Plato. Дисплей этот был монохромным, не требовал дополнительной памяти и сложных электронных схем и отличался высокой надежностью. Его предназначением было в основном индицировать буквы и цифры. Однако в качестве компьютерного монитора он так и не успел как следует реализоваться, поскольку благодаря полупроводниковой памяти, появившейся в конце 70-х, кинескопные мониторы оказались дешевле в производстве. Зато плазменные панели благодаря малой глубине корпуса и большому экрану получили распространение в качестве информационных табло в аэропортах, вокзалах и на биржах. Информационными панелями плотную занялась компания IBM, а в 1987 году бывший студент Битцера, доктор Лэрри Вебер, основал компанию Plasmaco, которая занялась производством монохромных плазменных дисплеев. Первый же цветной плазменный дисплей 21" был представлен фирмой Fujitsu в 1992 году. Разрабатывался он совместно с конструкторским бюро Иллинойского университета и компанией NHK. А в 1996 Fujitsu покупает компанию Plasmaco со всеми ее технологиями и заводом, и выбрасывает на рынок первую коммерчески успешную панель плазмы – Plasmavision с экраном разрешения 852 х 480 диагональю 42" с прогрессивной разверткой. Началась продажа лицензий другим производителям, первым среди которых стал Pioneer. Впоследствии, активно развивая плазменную технологию, Pioneer, пожалуй, больше всех остальных преуспел на плазменном поприще, создав целый ряд великолепных моделей плазмы.
Надо сказать, что если первые монохромные прототипы были похожи на современную плазму не более, чем шимпанзе на современного человека, то и цветные плазменные панели первых поколений не поднялись выше уровня питекантропа. При всем ошеломляющем коммерческом успехе плазменных панелей качество изображения поначалу было, мягко сказать, удручающим. Стоили же они баснословных денег, но быстро завоевали аудиторию благодаря тому, что выгодно отличались от кинескопных монстров плоским корпусом, дававшим возможность повесить телевизор на стену, и размерами экрана: 42 дюйма по диагонали против 32 (максимум для кинескопных телевизоров). В чем же был основной дефект первых плазменных мониторов? Дело в том, что при всей красочности картинки они совершенно не справлялись с плавными цветовыми и яркостными переходами: последние распадались на ступеньки с рваными краями, что на подвижном изображении выглядело вдвойне ужасно. Оставалось только гадать, отчего возникал данный эффект, о котором, как будто сговорившись, ни слова не писали средства массовой информации, превозносившие новые плоские дисплеи. Однако лет через пять, когда сменилось несколько поколений плазмы, ступеньки стали встречаться все реже, да и по другим показателям качество изображения стало стремительно расти. К тому же помимо 42-дюймовых появились панели 50" и 61". Постепенно росло и разрешение, и где-то на этапе перехода к 1024 х 720 плазменные дисплеи были, что называется, в самом соку. Совсем же недавно плазма успешно переступила новый порог качества, войдя в привилегированный круг устройств Full HD. В настоящее время наиболее популярными являются размеры экрана 42 и 50 дюймов по диагонали. В придачу к стандартному 61" появился размер 65", а также рекордный 103". Впрочем, настоящий рекорд только грядет: компания Matsushita (Panasonic) недавно анонсировала панель 150"! Но это, как и модели 103" (кстати, на основе панелей Panasonic плазмы такого же размера производит известная американская компания Runco), штука неподъемная как в прямом, так и в еще более прямом смысле (вес, цена).
Технология плазмы
Вес был упомянут неспроста: плазменные панели очень много весят, особенно модели больших размеров. Это является следствием того, что плазменная панель в основном состоит из стекла, если не считать металлическое шасси и пластиковый корпус. Стекло здесь необходимо и незаменимо: оно останавливает вредное ультрафиолетовое излучение. По этой же причине никто не производит люминесцентные лампы из пластика, только из стекла. А плазменная панель - это, по сути, и есть большая люминесцентная лампа, только раскатанная в прямоугольный блин и порубленная на множество ячеек.
Вся конструкция плазменного экрана - это два листа стекла, между которыми находится ячеистая структура пикселей, состоящих из триад субпикселей - красных, зеленых и голубых. Фактически вертикальные ряды R, G и B просто поделены на отдельные ячейки горизонтальными перетяжками, что делает структуру экрана очень похожей на масочный кинескоп обычного телевизора. Сходство с последним еще и в том, что здесь используется тот же цветной фосфор, которым покрыты изнутри ячейки субпикселей. Только поджег фосфорного люминофора осуществляется не электронным лучом, как в кинескопе, а ультрафиолетовым излучением (которому как раз и уготована «жизнь за стеклом» во избежание вредного воздействия на человеческий организм).
А откуда берется ультрафиолет? Ячейки заполнены инертным газом - смесью неона и ксенона (последний составляет всего несколько процентов от смеси), некоторые производители плазмы добавляют еще и гелий. Газ имеет свойство относительно легко переходить в состояние плазмы, когда его атомы, теряя электрон, превращаются в положительные ионы. При этом вещество переходит на более высокий энергетический уровень. Свободные же электроны периодически сталкиваются с нейтральными атомами, выбивают из них электрон и превращают в положительные ионы. А другая их часть, натыкаясь на ионы, восстанавливает их до нейтральных атомов, которые при этом испускают энергию в виде фотонов ультрафиолета. Последний же воздействует на фосфорный люминофор, который начинает светиться в видимом спектре. Чтобы процесс был стабильным и управляемым, необходимо обеспечить достаточное количество свободных электронов в толще газа плюс достаточно высокое напряжение (порядка 200 В), которое заставит ионный и электронные потоки двигаться навстречу друг другу. Как это делается в люминесцентной лампе, которая работает по тому же принципу? В момент пуска нагреваются вольфрамовые спирали в торцах трубки нагреваются и начинают испускать электроны (термоэлектронная эмиссия). А одновременно между этими спиралями подается высокое напряжение, начинает протекать ионно-электронный ток, вызывающий переход газа в состояние плазмы, ультрафиолетовое излучение и свечение люминофора, нанесенного на внутреннюю поверхность стеклянной трубки. Только люминофор тут белого свечения. В плазменном же экране спиралей нет, зато электроды расположены гораздо ближе друг к другу, и для ионизации газа хватает электрического импульса достаточно высокого напряжения. А чтобы ионизация происходила мгновенно, помимо управляющих импульсов на электродах присутствует остаточный заряд. К электродам управляющие сигналы подводятся по горизонтальным и вертикальным проводникам, образующим адресную сетку. Причем вертикальные (дисплейные) проводники представляют собой токопроводящие дорожки на внутренней поверхности защитного стекла с передней стороны. Они прозрачны (слой окиси олова с примесью индия). Горизонтальные же (адресные) металлические проводники располагаются с тыльной стороны ячеек.
На самом деле структура реальных плазменных экранов гораздо сложнее, да и физика процесса совсем не так проста. Помимо описанной выше матричной сетки существует и другая разновидность - сопараллельная, предусматривающая дополнительный горизонтальный проводник. Кроме этого, тончайшие металлические дорожки дублируют походят параллельно прозрачным для выравнивания потенциала последних по всей длине, которая довольно значительна (1 м и более). Поверхность электродов покрыта слоем окиси магния, который выполняет изолирующую функцию и одновременно обеспечивает вторичную эмиссию при бомбардировке положительными ионами газа. Существуют и различные типы геометрии пиксельных рядов: простая и «вафельная» (ячейки разделены двойными вертикальными стенками и горизонтальными перемычками). Прозрачные электроды могут выполняться в форме двойного Т или меандра, когда они как бы переплетаются с адресными, хотя и находятся в разных плоскостях. Существует множество и других технологических хитростей, направленных на повышение эффективности плазменных экранов, которая изначально была довольно низкой. С этой же целью производители варьируют газовый состав ячеек, в частности, увеличивают процентное содержание ксенона с 2 до 10%. Кстати, газовая смесь в ионизированном состоянии слегка светится и сама по себе, поэтому, дабы устранить загрязнение спектра люминофоров этим свечением, в каждой ячейке устанавливают миниатюрные светофильтры.
Управление пикселями осуществляется с помощью трех типов импульсов: стартовых, поддерживающих и гасящих. Частота - порядка 100 кГц, хотя известны идеи дополнительной модуляции управляющих импульсов радиочастотами (40 МГц), что обеспечит более равномерную плотность разряда в толще газа. По сути, управление свечением пикселей носит характер дискретной широтно-импульсной модуляции: пикселей светятся ровно столько, сколько длится поддерживающий импульс. Длительность же его при 8-битной кодировке может принимать 128 дискретных значений, соответственно, получается такое же количество градаций яркости. Уж не в этом ли была причина рваных градиентов, распадающихся на ступеньки? Плазма более поздних поколений постепенно наращивала разрешение: 10, 12, 14 бит. Последние модели Runco, относящиеся к категории Full HD, используют 16-битную обработку сигнала (вероятно, и кодировку также). Так или иначе, ступеньки исчезли и больше, будем надеяться, не появятся.
Постепенно совершенствовалась не только сама панель, но и алгоритмы обработки сигнала: масштабирования, прогрессивного преобразования, компенсации движений, подавления шумов, оптимизации цветосинтеза и пр. У каждого производителя плазмы появился свой набор технологий, частично дублирующий чужие под другими названиями, но частично и свои. Так, почти все использовали алгоритмы масштабирования и адаптивного прогрессивного преобразования DCDi Faroudja, в то время как некоторые заказывали оригинальные разработки (например, Vivix у Runco, Advanced Video Movement у Fujitsu, Dynamic HD Converter у Pioneer и т. д.). В целях повышения контрастности вносились коррективы в структуру управляющих импульсов и напряжений. Для увеличения яркости в форму ячеек вводились дополнительные перемычки для увеличения покрытой люминофором поверхности и снижения засветки соседних пикселей (Pioneer). Постепенно росла роль «интеллектуальных» алгоритмов обработки: вводилась покадровая оптимизация яркости, система динамического контраста, продвинутые технологии цветосинтеза. Корректировки в исходный сигнал вносились не только исходя из характеристик самого сигнала (насколько темным или светлым являлся текущий сюжет или насколько быстро движутся объекты), но и из уровня внешней освещенности, который отслеживался с помощью встроенного фотосенсора. С помощью продвинутых алгоритмов обработки удалось достичь просто фантастических успехов. Так, компания Fujitsu путем интерполяционного алгоритма и соответствующих доработок процесса модуляции добилась увеличения количества градаций цвета в темных фрагментах до 1019, что намного превышает собственные возможности экрана при традиционном подходе и соответствует чувствительности человеческого зрительного аппарата (технология Low Brightness Multi Gradation Processing). Эта же компания разработала метод раздельной модуляции четных и нечетных управляющих горизонтальных электродов (ALIS), который затем использовался в моделях Hitachi, Loewe и др. Метод давал повышенную четкость и уменьшал зубчатость наклонных контуров даже без дополнительной обработки, в связи с чем в спецификациях использовавших его моделей плазмы появился необычный показатель разрешения 1024 × 1024. Такое разрешение, конечно, являлось виртуальным, но эффект оказался весьма впечатляющим.
Достоинства и недостатки плазмы
Парадокс в том, что когда цены на плазму были поистине пугающими при весьма и весьма посредственном качестве изображения, у нее не было конкурентов (проекционные телевизоры в силу своей громоздкости достойной альтернативы не представляли). Вот тогда-то, по логике вещей, и нужно было срочно развивать ЖК-технологию. Но то ли повезло, то ли, напротив, все продумано, этот конкурент появился, уже когда плазма твердо стояла на ногах. Причем появился он в таком же сыром и неубедительном виде, как когда-то плазма. Первый блин, как известно, комом, да и дисплей, очевидно, тоже. Сегодня уже можно говорить о соревновании более или менее на равных, хотя плазма, начав раньше, все же и успела гораздо больше, чем ЖК-дисплеи, которым еще есть, куда развиваться, чтобы достичь схожего с плазмой статуса.
Какие же у плазмы преимущества и недостатки по сравнению с ЖК? Несомненно, и этого никто отрицать не осмелится, качество изображения у плазменных дисплеев гораздо лучше. Глубже черный цвет, выше разрешение в темных сценах, в то время как на ЖК-экране все довольно быстро скатывается в кромешную черноту (точнее, темно-серую массу, поскольку остаточная засветка здесь весьма значительна). Не лучше обстоит дело и с белым: наиболее яркие фрагменты изображения частенько выбеливаются до состояния однородного пятна. Для плазмы все это досадные подробности далекого прошлого.
Угол обзора
Одной из слабых сторон жидких кристаллов, как известно, традиционно являлся ограниченный угол обзора. Поляризованный свет излучается в основном под прямым углом к поверхности экрана, если не считать рассеивание в экранном покрытии. Правда, в последнее время этот недостаток в значительной степени преодолен, но по сравнению с плазмой все же ощутим. Плазма - это дисплей, который, подобно кинескопному телевизору, не использует светоклапаны, а излучает уже модулированный свет непосредственно фосфорными триадами. Это в определенной степени роднит плазму с электронно-лучевыми трубками, столь привычными и доказавшими свою состоятельность на протяжении нескольких десятилетий.
Цветопередача
У плазмы заметно более широкий охват цветового пространства, что также объясняется спецификой цветосинтеза, который формируется «активными» фосфорными элементами, а не путем пропускания светового потока лампы через светофильтры и светоклапаны. Чистота цвета и разрешение по оттенкам безоговорочно лидирует у плазменных дисплеев: ЖК-экраны то и дело «сглаживают», а то и размазывают, деликатные цветовые градации до степени одноцветного пятна, что особенно заметно на лицах киногероев и задних планах, которые часто размываются буквально до какой-то аморфной массы, в то время как плазма демонстрирует отличную глубину резкости и объемность картинки.
Плазменные матрицы, несомненно, отличаются определенной инертностью, хотя бы из-за послесвечения фосфорного люминофора, но эта инертность не идет ни в какое сравнение с медлительностью жидких кристаллов. Изображение на плазменном экране всегда более энергично, живо, с четкими контурами.
Ресурс плазмы
Большой ресурс плазменного дисплея (60 000 часов) также вряд ли смогут превзойти или даже повторить жидкие кристаллы. Причем «страшилки» насчет мертвых пикселей (поначалу компания Fujitsu даже ввела норматив - кажется, 16 мертвых пикселей на 42-дюйовыфый экран считалось допустимым) оказались ложной тревогой: тенденции к увеличению их числа в процессе эксплуатации пока не наблюдалось. А совершенствование технологий производства позволило и вовсе избавиться от этого врожденного порока.
Размеры экрана
Наконец, плазма пока что лидирует по сравнению с ЖК по размерам экрана, причем, если брать предельный для ЖК размер в 50??, то такая плазма стоит дешевле. Конечно, здесь все может измениться в ближайшие год-два, но пока дела обстоят именно так.
Теперь о недостатках. К сожалению, самые большие плазменные дисплеи весят столько, что не всегда оказывается возможность повесить их на стену, если только она не из цельного бетона. Боится плазма и не очень деликатной транспортировки: стекло, как-никак. Потребление электроэнергии весьма значительное, хотя в последних поколениях его удалось существенно снизить, заоднем исключив и шумные вентиляторы охлаждения.
Выгорание пикселей
Важным недостатком плазмы является неравномерное выгорание пикселей при длительном воспроизведении статического изображения, контуры которого затем проступают при смене сюжета. Чтобы не допустить деградации дисплеев от выгорания, применяются различные методы: скрин-сейверы (как в компьютерных мониторах), автоматическое отключение через некоторое время при статическом сигнале или отсутствии его, а также плавные перемещения изображения по экрану.
Блики
Но, пожалуй, все же самый главный недостаток плазменных экранов - это блики. Стекло есть стекло. Да, плазма практически не чувствительна к внешнему освещению, цвета на экране остаются яркими и изображение не теряет четкость, но на это изображение накладывается отражение всего, что находится за спиной у зрителя, включая его самого. А уж если туда попадает отражение от окна или горящего торшера, то это сущий ад. Именно данные предметы становятся главными героями любого видеосюджета! В принципе, стоя перед плазмой, показывающей нее самые яркие сцены, можно даже бриться. И все это несмотря на декларирование производителями новых и все более улучшенных антибликовых покрытий. Тут поневоле приходит на ум поверхность экрана ЖК-телевизора: бархатисто-матовая, практически ничего не отражает... Но где тут такая четкость и ясность, как на плазме, даже с отражением открытого окна? Если поставить рядом два дисплея, плазменный и ЖК, картинка на втором будет казаться как будто в легкой дымке.
Одним словом, нет добра без худа. Утешает то, что фраза эта верна и в обратном порядке слов.
Коммерческий цикл любого изобретения не вечен, и производители, запустившие массовое производство LCD-мониторов, готовят следующее поколение технологий отображения информации. Устройства, которые придут на смену жидкокристаллическим, находятся на разных стадиях развития. Некоторые, такие, как LEP (Light Emitting Polymer -- светоизлучающие полимеры), только выходят из научных лабораторий, а другие, например на основе плазменной технологии, уже представляют собой законченные коммерческие продукты.
Размер всегда был главным препятствием при создании широкоэкранных мониторов. Мониторы размером больше 24 дюймов, созданные с использованием ЭЛТ технологии, слишком тяжелые и громоздкие. ЖК-мониторы -- плоские и легкие, но экраны, размер которых больше 20 дюймов, обладают слишком высокой себестоимостью. Плазменная технология нового поколения идеально подходит для создания больших экранов. Она позволяет выпускать плоские и легкие мониторы глубиной всего 9 сантиметров. Поэтому, несмотря на большой экран, они могут быть установлены в любом месте -- на стене, под потолком, на столе.
Благодаря широкому углу обзора изображение видно с любой точки. И что самое главное, плазменные мониторы способны передать цвет и резкость, которые раньше были недостижимы при таком размере экрана.
Идея использования газового разряда в средствах отображения не нова. Подобные устройства выпускались много лет назад в СССР в Рязани в НПО «Плазма». Однако размер элемента изображения был достаточно велик, так что для получения приличного изображения было нужно создавать огромные табло. Изображение было некачественным, передавалось мало цветов, устройства были крайне ненадежными.
За рубежом исследования и разработки в области этой технологии начались еще в начале 60-х годов. Еще лет пятьдесят назад было открыто одно интересное явление. Как оказалось, если катод заострить на манер швейной иглы, то электромагнитное поле в состоянии самостоятельно «выдергивать» из него свободные электроны. Необходимо только подать напряжение. По такому принципу работают лампы дневного света. Вылетающие электроны ионизируют инертный газ, чем заставляют его светиться. Трудность заключалась лишь в отработке технологии получения таких игольчатых матриц. Ее решили в Университете штата Иллинойс в 1966 году. В начале семидесятых годов компания Owens-Illinois довела проект до коммерческого состояния. В восьмидесятых годах эту идею пытались воплотить в реальный коммерческий продукт компании Burroughs и IBM, но тогда еще безуспешно.
Надо сказать, что идея плазменной панели появилась вовсе не из чисто научного интереса. Ни одна из существовавших технологий не могла справиться с двумя простыми задачами: добиться высококачественной цветопередачи без неизбежной потери яркости и создать телевизор с широким экраном, чтобы он при этом не занимал всю площадь комнаты. А плазменные панели (PDP), тогда только теоретически, подобную задачу как раз могли решить. Первое время опытные плазменные экраны были монохромными (оранжевыми) и могли удовлетворить спрос только специфических потребителей, которым требовалась, прежде всего, большая площадь изображения. Поэтому первую партию PDP (около тысячи штук) купила Нью-йоркская фондовая биржа.
Направление плазменных мониторов возродилось после того, как стало окончательно ясно, что ни ЖК-мониторы, ни ЭЛТ не в состоянии недорого обеспечить получение экранов с большими диагоналями (более двадцати одного дюйма). Поэтому лидирующие производители бытовых телевизоров и компьютерных мониторов, такие, как Hitachi, NEC и другие, вновь вернулись к PDP. В область плазменной технологии также обратили свои взоры и корейские компании «второй мировой линии», среди которых, например, Fujitsu, производящая более дешевую электронику, что тут же внесло остроту конкуренции. Сейчас Fujitsu, Hitachi, Matsushita, Mitsubishi, NEC, Pioneer и другие производят плазменные мониторы с диагональю 40 дюймов и более.
Принцип работы плазменной панели состоит в управляемом холодном разряде разреженного газа (ксенона или неона), находящегося в ионизированном состоянии (холодная плазма). Рабочим элементом (пикселем), формирующим отдельную точку изображения, является группа из трех субпикселей, ответственных за три основных цвета соответственно. Каждый субпиксель представляет собой отдельную микрокамеру, на стенках которой находится флюоресцирующее вещество одного из основных цветов (см. приложение Л, рис. 12). Пиксели находятся в точках пересечения прозрачных управляющих хром-медь-хромовых электродов, образующих прямоугольную сетку.
Для того, чтобы «зажечь» пиксель, происходит приблизительно следующее. На питающий и управляющий электроды, ортогональные друг другу, в точке пересечения которых находится нужный пиксель, подается высокое управляющее переменное напряжение прямоугольной формы. Газ в ячейке отдает большую часть своих валентных электронов и переходит в состояние плазмы. Ионы и электроны попеременно собираются у электродов, по разные стороны камеры, в зависимости от фазы управляющего напряжения. Для «поджига» на сканирующий электрод подается импульс, одноименные потенциалы складываются, и вектор электростатического поля удваивает свою величину. Происходит разряд -- часть заряженных ионов отдает энергию в виде излучения квантов света в ультрафиолетовом диапазоне (в зависимости от газа). В свою очередь, флюоресцирующее покрытие, находясь в зоне разряда, начинает излучать свет в видимом диапазоне, который и воспринимает наблюдатель. 97% ультрафиолетовой составляющей излучения, вредного для глаз, поглощается наружным стеклом. Яркость свечения люминофора определяется величиной управляющего напряжения.
Высокая яркость до 650 кд/м2 и контрастность до 3000:1 наряду с отсутствием дрожания являются большими преимуществами таких мониторов (для сравнения: у професионального ЭЛТ-монитора яркость равна приблизительно 350 кд/м2 , а у телевизора -- от 200 до 270 кд/м2 при контрастности от 150:1 до 200:1). Высокая четкость изображения сохраняется на всей рабочей поверхности экрана. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым увидеть нормальное изображение на плазменных мониторах, существенно больше, чем у LCD-мониторов. К тому же плазменные панели не создают магнитных полей (что служит гарантией их безвредности для здоровья), не страдают от вибрации, как ЭЛТ-мониторы, а их небольшое время регенерации позволяет использовать их для отображения видео- и телесигнала. Отсутствие искажений и проблем сведения электронных лучей и их фокусировки присуще всем плоскопанельным дисплеям. Необходимо отметить и стойкость PDP-мониторов к электромагнитным полям, что позволяет использовать их в промышленных условиях -- даже мощный магнит, помещенный рядом с таким дисплеем, никак не повлияет на качество изображения. В домашних же условиях на монитор можно поставить любые колонки, не опасаясь возникновения цветных пятен на экране.
Главными недостатками такого типа мониторов является довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Кроме этого, свойства люминофорных элементов быстро ухудшаются, и экран становится менее ярким. Поэтому срок службы плазменных мониторов ограничен 10000 часами (это около 5 лет при офисном использовании). Из-за этих ограничений, такие мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, то есть там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации. Однако есть все основания предполагать, что в скором времени существующие технологические ограничения будут преодолены, а при снижении стоимости, такой тип устройств может с успехом применяться в качестве телевизионных экранов или мониторов для компьютеров.
Неплохие перспективы PDP связывают с относительно низкими требованиями к производственным условиям; в отличие от TFT-матриц PDP-экраны можно изготовлять в условиях низких температур методом прямой печати.
Практически каждый производитель плазменных панелей добавляет к классической технологии некоторые собственные ноу-хау, улучшающие цветопередачу, контрастность и управляемость. В частности, NEC предлагает технологию капсулированного цветового фильтра (CCF), отсекающего ненужные цвета, и методику повышения контрастности за счет отделения пикселей друг от друга черными полосами (такая же технология используется Pioneer). В мониторах Pioneer также используются технология Enhanced Cell Structure, суть которой в увеличении площади люминофорного пятна, и новая химическая формула голубого люминофора, который дает более яркое свечение, и, соответственно, повышает контрастность. Компания Samsung разработала конструкцию монитора повышенной управляемости -- панель разделена на 44 участка, каждый из которых имеет собственный электронный блок управления.
Компании Sony, Sharp и Philips совместно разрабатывают технологию PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal), которая должна соединить в себе преимущества плазменных и LCD экранов с активной матрицей. Дисплеи, созданные на основе данной технологии, сочетают в себе преимущества жидких кристаллов (яркость и сочность цветов, контрастность) с большим углом видимости и высокой скоростью обновления плазменных панелей. В качестве регулятора яркости в этих дисплеях используются газоразрядные плазменные ячейки, а для цветовой фильтрации применяется ЖК-матрица. Технология PALC позволяет адресовать каждый пиксель дисплея по отдельности, а это означает непревзойденную управляемость и качество изображения. Первые образцы на основе технологии PALC появились в 1998 году.
Можно привести несколько удачных примеров использования плазменных мониторов. В торговом центре в Осло установлено 70 дисплеев, на которых покупают рекламное время небольшие магазинчики. Там PDP-мониторы окупили себя за 2,5 месяца. Используют их и в аэропортах. В частности, в Вашингтоне они установлены в зале прилета. Благодаря своей динамичности такой способ подачи информации привлекает гораздо больше внимания, чем традиционные табло. Есть опыт применения плазменных мониторов и в ресторанах McDonalds. Различные телевизионные компании, например CBS, NBC, BBS, MTV и российская НТВ используют в оформлении своих студий PDP-мониторы. Это связано с тем, что высокая частота обновления позволяет вести съемку PDP-дисплея обычной камерой, и при этом не возникает мерцания или стробоскопического эффекта.
Наверное, для многих из наших читателей такие выражения, как плазменные технологии, плазменные мониторы, звучат с некой долей экзотичности, а кое-кто даже и не представляет себе, что это такое. И это не удивительно, ведь плазменные мониторы на сегодняшний день - большая редкость, можно даже сказать экзотика, но, в любом случае, плазменные технологии - это очень передовые и очень перспективные технологии, которые сейчас бурно развиваются. И, возможно, в уже не столь отдаленном будущем плазменные мониторы перейдут из разряда дорогих "игрушек" для богатых в категорию товаров широкого потребления. И для этого даже сейчас есть определенные предпосылки.
Ведь тенденция увеличения размера экрана отчетливо наблю дается как в индустрии компьютерных мониторов, так и в бытовых телевизорах. Мониторы, использующие ЭЛТ- технологии, в своем развитии уже подошли к пределу, и наиболее совершенные их модели, размер экрана которых достиг 24" (телевизоры освоили чуть большие кинескопы, тем не менее больше, чем 32", и они не одолели), имеют слишком большие вес и габаритные размеры, особенно в глубину. А стоимость плоских и легких ЖК-дисплеев с увеличением диагонали экрана сверх 20" становится слишком высокой. Поэтому, как ни странно это звучит, для создания больших экранов своеобразной палочкой-выручалочкой могут стать именно плазменные дисплеи, которые имеют толщину порядка нескольких сантиметров и небольшой вес. Благодаря этому, несмотря на большие размеры экрана, они могут быть установлены в любом месте - на стене, под потолком и даже на специальной подставке на столе. Наибольшая диагональ экрана выпускаемых сегодня плазменных дисплеев - 60 дюймов (свыше 1,5 метров) при разрешении 1365 х 768 пикселей. Большинство моделей имеют формат экрана 16: 9, являющийся оптимальным для просмотра фильмов. В отличие от обычных телевизоров, подавляющее большинство плазменных панелей, даже предназначенных для бытовых целей, не имеют встроенных источников телевизионного сигнала. Однако это можно отнести скорее к достоинствам PDP, чем к недостаткам, потому что они имеют большое количество самых разнообразных входов, включая аналоговые видео (разъемы типов RCA или SCART), S-видео, RGB (D-Sub и BNC), а также цифровые DVI.
История плазменных панелей (или PDP - Plasma Display Panel), технология которых основана на эффекте свечения определенных газов под воздействием электрического тока, берет свое начало более 30 лет тому назад, в 1966 году. Неоновые рекламные вывески и лампы дневного света - наиболее яркие примеры практической реализации этого эффекта, успешно дожившие до наших дней. А вот производство плазменных мониторов началось только в начале 90-х годов прошлого века. Пионером в области PDP стала японская компания Fujitsu. Первые коммерческие изделия этой фирмы использовались в качестве информационных экранов и табло на вокзалах, биржах, в аэропортах. Естественно, первые дисплеи были монохромные и имели низкое качество изображения, однако буквально за десятилетие PDP не только догнали традиционную CRT-технологию, но и по многим параметрам превзошли ее.
Так что же это такое - плазменный дисплей? Он состоит из двух плоских стеклянных пластин, расположенных на расстоянии порядка 100 микрон друг от друга. Между ними находится слой инертного газа (как правило, смесь ксенона и неона), на который воздействует сильное электрическое поле. На переднюю, прозрачную пластину нанесены тончайшие прозрачные проводники - электроды, а на заднюю - ответные проводники. В современных цветных дисплеях задняя стенка имеет микроскопические ячейки, заполненные люминофорами трех основных цветов (красного, синего и зеленого), по три ячейки на каждый пиксель.
Принцип действия плазменной панели основан на свечении специальных люминофоров при воздействии на них ультрафиолетового излучения, возникающего при электрическом разряде в среде сильно разреженного газа. При таком разряде между электродами с управляющим напряжением образуется проводящий "шнур", состоящий из ионизированных молекул газа (плазмы). Поэтому-то панели, работающие на этом принципе, и получили название плазменных панелей. Ионизированный газ воздействует на специальное флюоресцирующее покрытие, которое, в свою очередь, излучает свет, видимый человеческим глазом. Сразу спешу успокоить тех читателей, которые всерьез озабочены проблемами экологической безопасности: подавляющая часть ультрафиолетовой составляющей излучения, вредного для глаз, поглощается наружным стеклом. Яркость и насыщенность цветов можно регулировать простым изменением величины управляющего напряжения: чем оно больше, тем больше квантов света выделяет газ, тем сильнее светятся флюоресцирующие элементы, тем ярче мы получаем картинку на экране. Каждая ячейка способна светиться одним из 256 уровней яркости, что в сумме дает 16,7 млн. оттенков цвета для каждой отдельно взятой триады (совокупность из трех ячеек). Для увеличения контрастности получаемого изображения на верхней части внутренних перегородок (ребер) ячеек наносятся черные полосы, разделяющие элементы триады.
Подавая управляющие сигналы на вертикальные и горизонтальные проводники, нанесенные на внутренние поверхности стекол такой панели, схема управления PDP осуществляет, соответственно, "строчную" и "кадровую" развертку растра изображения.
Плазменные дисплеи бывают двух типов - постоянного тока и переменного тока. Панели постоянного тока немного проще и, поэтому, появились раньше, однако большинство выпускаемых в настоящее время цветных PDP относятся ко второму типу и отличаются от панелей постоянного тока тем, что в них электроды покрыты слоем диэлектрика, препятствующим прохождению постоянной составляющей тока через ячейку. Благодаря этому такие панели обладают свойством "внутренней памяти", то есть при специально подобранной форме и амплитуде напряжения на электродах индикаторная ячейка может находиться как в состоянии "включено" (ячейка светится), так и в состоянии "выключено" (ячейка погашена) сколь угодно долго. Для перевода ячейки из одного состояния в другое необходимо подать на нее единичный импульс напряжения, поэтому эффективность преобразования электрической энергии в световую в панелях переменного тока больше в 5-10 раз, чем у панелей постоянного тока. Что обеспечивает повышенную яркость изображения и больший срок службы электродов, а, значит, и самого дисплея переменного тока.
Ну и что же в них хорошего?
Во-первых, качество изображения плазменных дисплеев считается эталонным, хотя лишь совсем недавно была окончательно решена "проблема красного цвета", который в первых моделях больше походил на морковный. Кроме этого, плазменные мониторы выгодно отличаются от своих конкурентов высокой яркостью и контрастностью изображения: их яркость достигает 900 кд/м2 а контрастность - до 3000: 1, тогда как у классических ЭЛТ-мониторов эти параметры составляют соответственно 350 кд/м2 и 200: 1 (кстати, далеко не у самых худших из них). Также необходимо отметить, что высокая четкость изображения PDP сохраняется на всей рабочей поверхности экрана.
Во-вторых, плазменные дисплеи имеют малое время отклика (чем до сих пор не могут похвастаться многие модели LCD-дисплеев), что позволяет без проблем использовать PDP не только в качестве средств отображения информации, но и в качестве телевизоров и даже, при подключении к компьютеру, играть в современные динамичные игры. Если мы начали сравнивать технологии PDP и LCD, то важно отметить, что плазменные панели лишены еще одного существенного недостатка ЖК-мониторов, такого как значительное ухудшение качества изображения на экране при больших углах просмотра.
В-третьих, в плазменных панелях (впрочем, как и в жидкокристаллических) принципиально отсутствуют проблемы геометрических искажений изображения и сведения лучей, являющихся настоящим бичом ЭЛТ-мониторов.
В-четвертых, имея самую большую площадь экрана среди всех современных устройств отображения визуальной информации, плазменные панели исключительно компактны, особенно в толщину. Толщина типичной панели с размером экрана в один метр обычно не превышает 10-15 сантиметров, а масса составляет всего 35-40 килограммов. Благодаря этому плазменные панели можно без труда разместить в любом интерьере и даже повесить на стену в наиболее удобном для этого месте.
В-пятых, плазменные панели чрезвычайно надежны. Заявленный срок службы современных PDP в 50 тыс. ч (а в году ведь меньше 9000 часов) предполагает, что за все это время яркость экрана упадет вдвое против начальной.
В-шестых, плазменные панели гораздо безопаснее телевизоров с кинескопом. Они не создают магнитных и электрических полей, которые оказывают вредное влияние на человека и, кроме этого, не создают такое мелкое, но противное неудобство, как постоянное скопление пыли на поверхности экрана вследствие его электризации.
В-седьмых, PDP и сами практически не подвержены воздействию внешних магнитных и электрических полей, что позволяет без проблем использовать их в составе "домашнего театра" совместно с мощными высококачественными акустическими системами, далеко не все из которых имеют экранированные головки громкоговорителей.
Не все коту масленица
При всех неоспоримых достоинствах плазменных панелей есть у них и свои недостатки, сдерживающие их широкое распространение. И самый, наверное, главный из этих недостатков - их слишком высокая стоимость, которая для 60-дюймового дисплея порой "зашкаливает" за $20000. Так что потенциальным покупателем таких панелей на сегодняшний день могут стать либо какая-нибудь довольно крупная компания для проведения различных презентаций и видеоконференций, а может быть, и просто для усиления своего собственного имиджа, либо частное лицо, для которого вопрос цены считается второстепенным по отношению к удобству использования и, главное, престижности устройства.
Кроме экономических проблем, не изжиты еще и ряд технических ограничений плазменных технологий. В первую очередь, это низкая разрешающая способность изображения, обусловленная большим размером элемента изображения. Но, учитывая тот факт, что оптимальное расстояние от монитора до зрителя должно быть порядка 5 его "диагоналей", то понятно, что наблюдаемая на маленьком расстоянии зернистость изображения просто исчезает на большом расстоянии. Тем более, что существует ряд специальных технологий, позволяющих обойти это ограничение. Одна из них, ALIS (Alternate Lighting of Surfaces - попеременное свечение поверхностей), разработанная японской компанией Fujitsu, обеспечивает повышение разрешения по вертикали, причем без потери яркости изображения. Для этого количество пикселей по вертикали увеличено, их размер уменьшен, разделительные промежутки между ячейками упразднены. Чтобы устранить неизбежные при таком подходе потери яркости и контрастности и добиться высокой четкости картинки, компанией было предложено строить изображение сначала на четных, а затем на нечетных линиях светящихся пикселей (ближайшая аналогия - чересстрочная развертка бытовых ЭЛТ-телевизоров). Такой способ чередования позволил существенно повысить яркость и увеличить срок службы плазменной панели.
Также довольно существенным недостатком плазменного монитора является высокая мощность, потребляемая им, быстро возрастающая при увеличении диагонали монитора. Этот недостаток связан уже непосредственно с самой технологией получения изображения с использованием плазменного эффекта: чтобы зажечь один пиксель на экране, электроэнергии требуется мизерное количество, но матрица состоит из миллионов ячеек, каждой из которых приходится светиться все время работы монитора. Этот факт приводит не только к увеличению эксплуатационных затрат на данный монитор, но высокое энергопотребление серьезно ограничивает круг применения PDP, к примеру, делает невозможным использование таких мониторов, например, в портативных компьютерах. Но даже если решить проблему с источником питания, изготавливать плазменные матрицы с диагональю менее тридцати дюймов все равно пока еще не выгодно экономически.
Ну вот, пожалуй, и все недостатки, присущие плазменным мониторам. И если теперь сопоставить все их перечисленные выше достоинства и недостатки, то налицо существенное преобладание первых над вторыми. Да, еще не нужно забывать, что технический прогресс не стоит на месте, и в условиях жесткой конкуренции фирмы-производители плазменных мониторов стремятся постоянно повышать качество выпускаемой продукции, что, наряду с пусть и медленным, но неуклонным снижением их стоимости, делает PDP доступными все более широкому кругу потенциальных покупателей. Остается только надеяться, что в их числе рано или поздно вполне можем оказаться и мы с вами, дорогой читатель.
|
Главной проблемой развития технологий LCD для сектора настольных компьютеров, похоже, является размер монитора, который влияет на его стоимость. Однако, невзирая на это LCD мониторы сегодня стали бесспорными лидерами рынке дисплеев. Тем не менее, существуют и другие технологии, которые создают и развивают разные производители, и некоторые из этих технологий носят название PDP (Plasma Display Panels), или просто "plasma", и FED (Field Emission Display).
Plasma-мониторы
Разработка плазменных дисплеев, начатая еще в 1968 г., базировалась на применении плазменного эффекта, открытого в Иллинойсском университете в 1966 г. Сейчас принцип действия монитора основан на плазменной технологии: используется эффект свечения инертного газа под воздействием электричества. Примерно по той же технологии работают неоновые лампы. Заметим, что мощные магниты, входящие в состав динамических излучателей звука, расположенных рядом с экраном, никак не влияют на изображение, поскольку в плазменных устройствах, как и в ЖК, отсутствует такое понятие, как электронный луч, а заодно и все элементы ЭЛТ, на которые воздействует вибрация.
Формирование изображения в плазменном дисплее происходит в пространстве шириной примерно 0,1 мм между двумя стеклянными пластинами, заполненном смесью благородных газов - ксенона и неона. На переднюю, прозрачную пластину нанесены тончайшие прозрачные проводники, или электроды, а на заднюю - ответные проводники. Подавая на электроды электрическое напряжение, можно вызвать пробой газа в нужной ячейке, сопровождающийся излучением света, который и формирует требуемое изображение. Первые панели, заполнявшиеся в основном неоном, были монохромными и имели характерный оранжевый цвет. Проблема создания цветного изображения была решена путем нанесения в триадах соседних ячеек люминофоров основных цветов - красного, зеленого и синего и подбора газовой смеси, излучающей при разряде невидимый глазом ультрафиолет, который возбуждал люминофоры и создавал уже видимое цветное изображение.
Однако, у традиционных плазменных экранов на панелях с разрядом постоянного тока имеется и ряд недостатков, вызванных физикой процессов, происходящих в данном типе разрядной ячейки. Дело в том, что при относительной простоте и технологичности панели постоянного тока, уязвимым местом являются электроды разрядного промежутка, которые подвергаются интенсивной эрозии. Это заметно ограничивает срок службы прибора и не позволяет достичь высокой яркости изображения, ограничивая ток разряда. Как следствие, не удаётся получить достаточного количества оттенков цвета, ограничиваясь в типичном случае шестнадцатью градациями, и быстродействия, пригодных для отображения полноценного телевизионного или компьютерного изображения. По этой причине плазменные экраны обычно использовались в качестве табло для демонстрации алфавитно-цифровой и графической информации. Проблема принципиально решается на физическом уровне путем нанесения на разрядные электроды диэлектрического защитного покрытия.
В современных плазменных дисплеях, используемых в качестве мониторов для компьютера используется так называемая технология - plasmavision - это множество ячеек, иначе говоря пикселей, которые состоят из трех субпикселей, передающих цвета - красный, зеленый и синий. Газ в плазменном состоянии используется, чтобы реагировать с фосфором в каждом субпикселе, чтобы произвести цветной цвет (красный, зеленый или синий). Каждый субпиксел индивидуально управляется электроникой и производит более чем 16 миллионов различных цветов. В современных моделях каждая отдельная точка красного, синего или зелёного цвета может светиться с одним из 256 уровней яркости, что при перемножении даёт около 16,7 миллионов оттенков комбинированного цветного пикселя. На компьютерном жаргоне такая глубина цвета называется “True Color” и считается вполне достаточной для передачи изображения фотографического качества.
Говоря о функциональных возможностях плазменного монитора можно сказать, что экран обладает следующими функциональными преимуществами:
Широкий угол обзора как по горизонтали, так и по вертикали (160° градусов и более).
Очень малое время отклика (4 мкс по каждой строке).
Высокая чистота цвета, эквивалентная чистоте трех первичных цветов ЭЛТ.
Простота производства крупноформатных панелей, недостижимая при тонкопленочном технологическом процессе.
Малая толщина (газоразрядная панель имеет толщину около одного сантиметра или менее, а управляющая электроника добавляет еще несколько сантиметров).
Компактность (глубина не превышает 10 - 15 см) и легкость при достаточно больших размерах экрана (40 - 50 дюймов).
Высокую скорость обновления (примерно в пять раз лучше, чем у ЖК-панели).
Отсутствие мерцаний, и смазывания движущихся объектов, возникающих при цифровой обработке.
Высокая яркость, контрастность и четкость при отсутствии геометрических искажений изображения.
Широкий температурный диапазон.
Отсутствие проблем сведения электронных лучей и их фокусировки присуще всем плоскопанельным дисплеям.
Отсутствие неравномерности яркости по полю экрана.
100-процентное использование площади экрана под изображение.
Отсутствие рентгеновского и других вредных для здоровья излучений, поскольку не используются высокие напряжения.
Невосприимчивость к воздействию магнитных полей.
Отсутствие необходимости в юстировке изображения.
Механическая прочность.
Широкий температурный дипазон.
Небольшое время отклика позволяет использовать их для отображения видео- и телесигнала.
Более высокая надежность.
Все это делает плазменные дисплеи очень привлекательными для использования. Однако, к числу недостатков можно отнести ограниченную разрешающую способность большинства существующих плазменных мониторов, которая не превышает 640х480 пикселей. Исключение составляет модели PDP-V501MX и 502MX фирмы Pioneer. Обеспечивая реальное разрешение 1280х768 пиксел, данный дисплей имеет максимальный на сегодняшний день размер экрана 50 дюймов по диагонали (110х62 см) и хороший показатель по яркости (350 Nit), за счет новой технологии формирования ячеек, и улучшенный контраст. К недостаткам плазменных дисплеев также можно отнести невозможность "сшивания" нескольких дисплеев в "видеостену" с приемлемым зазором из-за наличия широкой рамки по периметру экрана.
Тот факт, что размер коммерческих плазменных панелей обычно начинается с сорока дюймов, свидетельствует о том, что производство дисплеев меньшего размера экономически нецелесообразно, поэтому мы не видим плазменные панели, скажем, в портативных компьютерах. Это предположение подкрепляется и другим фактом: уровень энергопотребления таких мониторов подразумевает подключение их к сети и не оставляет никакой возможности работы от аккумуляторов. Еще один неприятный эффект, известный специалистам, - это интерференция, "перекрывание" микроразрядов в соседних элементах экрана. В результате подобного "смешивания" качество изображения, естественно, ухудшается.
