Что такое плазменный монитор

Обновлено: 07.07.2024

На протяжении всей истории персональных компьютеров их неизменными спутниками оставались мониторы, построенные на основе использования электронно-лучевых трубок (ЭЛТ). Известно, что изображение в таких мониторах создается за счет излучения света люминофором, который размещается на внутренней поверхности трубки. Активируется люминофор в результате его бомбардировки заряженными частицами, выпускаемыми электронной пушкой, располагающейся в основании катодной трубки. Именно благодаря такой конструкции ЭЛТ-мониторы обладают большими габаритами, которые практически не представляется возможным уменьшить без резкой потери качества изображения. Еще одним и, на мой взгляд, самым важным минусом при работе за таким монитором является то, что здоровье пользователя постоянно находится под ударом: усталость глаз и постепенное снижение зрения, постоянное облучение и нахождение в статическом поле. Да, хотя стандарты безопасности с каждым годом становятся все жестче, но все равно это проблему не снимает. Тогда возникает разумный вопрос: стоит ли экономить деньги на своем здоровье, если есть возможность приобрести более безопасное устройство?

В этом обзоре будут подробно рассмотрены альтернативные технологии производства мониторов от уже довольно распространенной LCD и до еще таких довольно экзотических как PDP и LEP. Автор постарается объективно дать оценку каждой технологии, указать на все их плюсы и минусы.

Итак, начнем, пожалуй, с LCD-мониторов, как наиболее реальной замене старичку ЭЛТ.

LCD-мониторы

Широко распространенной альтернативой электронно-лучевым мониторам выступают матрицы на жидких кристаллах (Liquid Crystal Display или LCD). Впервые эту технологию стали применять на рынке портативных компьютеров. Первые LCD-мониторы были монохромными, унаследовав эту особенность у своих предшественников - экранов для наручных часов и калькуляторов. Впоследствии на свет появились и цветные образцы.

В основе технологии, пот которой создаются жидкокристаллические мониторы, лежат особые физико-химические свойства группы веществ, которые условно называют жидкими кристаллами. По сути, это особые жидкости, молекулы которых взаимно ориентированы. В результате жидкие кристаллы проявляют однородность физических свойств, которые можно менять, подавая напряжение на полюсные контакты, расположенные по краям матрицы, заполненной жидкими кристаллами. При этом молекулы вещества меняют свою пространственную ориентацию. Вследствие всего этого оптические свойства матрицы меняются: изменяется степень ее прозрачности и характеристики отражаемого света.

Хочу сразу отметить тот факт, что процесс внедрения LCD-мониторов тормозился с одной стороны тем, что эта технология была на те времена довольно нова и еще сыра, свойства жидких кристаллов открывались постепенно; с другой - стоимость ЖК-матриц была слишком высока, вследствие чего готовые продукты на их основе не могли конкурировать с довольно дешевыми, относительно LCD, ЭЛТ-мониторами.

Необходимо пару слов сказать об эффекте поляризации. Поляризация - это отклонение от равновесного значения разности потенциалов между гальваническим электродом и раствором при прохождении электрического тока. Поляризация основана на поляризуемости отдельных веществ. Поляризуемость - способность атомов, ионов и молекул в электрическом поле Е приобретать дипольный момент р равный: р=aЕ. Иногда коэффициент пропорциональности "a" называют поляризуемостью. Как же это применяется в ЖК-матрицах? Каждый элемент ЖК-матрицы представляет собой один пиксел изображения. Для того, чтобы упорядочить все молекулы ЖК-наполнителя (тем самым придав нужные свойства), необходимо создать поляризационный эффект. Для этого на подложки экрана нанесены микроскопические направляющие каналы, вертикальные на одной стенке и горизонтальные на другой.

Однако был замечен и такой факт: молекулы ЖК-наполнителей примерно таким же образом реагируют при попадании на них луча света, как и при наличии или отсутствии электромагнитных полей. Поэтому вся матрица пикселов подвергается подсветке от внешнего источника - прямым или отраженным светом. В результате этого все молекулы экрана синхронно поворачиваются на определенный угол относительно направления луча света, в следствие чего в итоге мы получаем равномерно окрашенный экран.

Но тут возникает небольшая дилемма. Человеческий глаз не способен зафиксировать изменение плоскости поляризации без дополнительных устройств. Поэтому на внешнюю часть ЖК-матрицы обычно надевают еще два специальных фильтра. Эти поляризационные фильтры пропускают через себя без потерь поток света с соответствующей осью поляризации и задерживает остальные.

Принцип формирования изображения на LCD-мониторе аналогичен ЭЛТ-мониторам, то есть при помощи точек-пикселей. Однако вместо луча электронной пушки, бьющего в слой люминофора, мы имеем дело с большим количеством электродов, каждый из которых, собственно и отвечает за единичный пиксел изображения. Однако, каким же образом пиксел изображения окрашивается в нужный цвет? Есть два способа решения данной проблемы. Первый представляет собой разложения белого цвета на составляющие части при помощи цветовых фильтров. Но здесь палка в двух концах. С одной стороны это довольно простой и недорогой способ, с другой же - потери силы светового потока при прохождении через систему фильтров оказываются весьма значительными.

Второй способ намного более приемлем, но соответственно и дороже, так как требует точной технической реализации. В этом случае обыгрывается динамическое изменение характеристик вектора поляризации потока в результате изменения подаваемого напряжения. Разные части спектра светового потока реагируют на такое изменение по-разному, поэтому "лишние" части излучения можно попросту отсеивать.

Пассивные и активные LCD матрицы

За свою не столь долгую историю жидкокристаллические матрицы, а, следовательно, и мониторы на жидких кристаллах успели пережить смену нескольких поколений. Самыми первыми появились LCD-мониторы с так называемой пассивной матрицей, активно использовавших технологию STN (Super Twisted Nematic), которая увеличивала угол кручения молекул внутри матрицы монитора до 270°, повышая тем самым общую контрастность изображения. Пассивные мониторы подразумевали наличие обособленных электродов, каждый их которых отвечал за формирование отдельного пиксела изображения независимо от других, т.е. подсветка осуществлялась попиксельно. Сам термин "пассивная" указывал на то, что электроемкость каждой ячейки требовала определенного времени на смену напряжения, что в результате приводило к тому, что все изображения перерисовывалось довольно долго, буквально строка за строкой. Таким образом, на пассивных матрицах еще можно было работать в офисных программах, в то время, как динамическое изображение казалось заторможенным и размазанным (хотя, кому-то это явно нравилось если брать в расчет Motion Blur ;о). Кроме того, электроды довольно часто интерферировали друг с другом, создавая тем самым некрасивые разводы.

В последствии на смену пришла технология двойного сканирования, которая заключалась в следующем. Вся активная область экрана разделялась на две части. Таким образом, прорисовывание изображения происходило параллельно в обеих частях. Как следствие, частота обновления удваивается, а смазанность и дрожь практически исчезает. Сегодня еще можно встретить портативные компьютеры, использующие матрицы двойного сканирования. Однако, мониторы для персональных компьютеров изготавливаются уже по другим принципам.

Более дорогой, чем в случае с двойным сканированием, но, соответственно, и более качественный способ отображения экрана на жидкокристаллический монитор - это применение так называемых активных матриц. В этом случае также действует принцип один электрод - одна ячейка, однако каждый пиксел экрана обслуживает еще и дополнительный элемент, который, во-первых, снижает время, уходящее на смену напряжения на электроде (практически в шесть раз по сравнению с пассивной матрицей), а, во-вторых, устраняет опасность взаимодействия соседних ячеек друг с другом. В результате повышаются практически все параметры изображения - четкость, яркость и скорость перерисовки. Благодаря прикрепленному к каждой ячейке транзистору матрица "помнит" состояние всех элементов экрана, и сбрасывает его только в момент получения команды на обновление. Кроме того, увеличивается угол обзора, что в свое время было большой проблемой: при отклонении головы пользователя от перпендикулярного по отношению к монитору состояния изображения начинало тухнуть и смазываться.

Самой же последней технологией в мире LCD-мониторов следует считать внедрение тонкопленочных компьютеров, или TFT (Thin Film Transistor). Это - сверхтонкие пленки, толщина которых измеряется сотыми долями микрона. Матрица такого монитора состоит из огромного количества микроскопических транзисторов. К сожалению, продвижение этой технологии к массовому пользователю затруднено слишком дорогим и капризным технологическим процессом, во многом схожим с выращиванием кристаллов для подложки процессоров.

Стоит ли игра свеч?

Бытует мнение, что один из главных недостатков LCD-мониторов кроется в их фиксированном разрешении, которое жестко определяется количеством пикселей по горизонтали и вертикали и, соответственно, плотностью ячеек на дюйм. Однако, это не совсем верно. Да, это факт, что максимальное разрешение каждой матрицы строго определяется производителем и превысить его ну ни как не удастся. Однако тем же недостатком фактически обладают и обычные ЭЛТ-мониторы. Понизить же рабочее разрешение на ЖК-мониторах можно двумя принципиально различными способами. Во-первых, изображение может сжиматься вокруг центра экрана, оставляя вокруг себя черную рамку незадействованных ячеек. Во-вторых, разрешение изменяют, прибегая к интерполяции, то есть для обеспечения переходя между виртуальными пикселями растянутого изображения будут применять усредненные значения ячеек.

Этак, какие же плюсы мы имеем, приобретая на данный момент LCD-монитор взамен ЭЛТ-монитору? Во-первых, практически полная безвредность для человеческого организма. А это, на мой взгляд, один из самых важных факторов, влияющих на выбор именно этой технологии. Во-вторых, это компактность, удобство эксплуатации и эргономичность. Ну и в-третьих, абсолютно плоский экран, который способен воспроизвести изображение без малейших искажений. Из отрицательных моментов можно выделить все еще высокую цену и невозможность (на данный момент) полностью корректной цветопередачи.

PDP. Плазменные экранные матрицы

Прообразом для создания плазменных экранных матриц (Plasma Display Panels) стали самые обычные лампы дневного освещения. Плазменные мониторы состоят из полой стеклянной панели, заполненной газом. На поверхность внутренней стороны стенок выведены микроскопические электроды, образующие две симметричные матрицы, а снаружи эта конструкция покрыта слоем люминофора. Когда на контакты подается ток, между ними возникает крошечный разряд, который заставляет светиться (в ультрафиолетовой части спектра) располагающиеся рядом молекулы газа. Следствием этого является освещение участка люминофора, как это происходит в обычных ЭЛТ-мониторах.

Основные плюсы этой технологии это: во-первых, плазменные мониторы выгодно отличаются от своих конкурентов высокой яркостью и контрастностью изображения; во-вторых, в их габаритах составляющая толщины представляет собой ничтожно малую долю. Основные минусы, не позволяющие использовать эту технологию для производства мониторов, это низкая разрешающая способность и крайне высокая энергоемкость. Кроме того, стоимость таких устройств является заоблачной для массового пользователя. Да и проблемы с цветопередачей для PDP также актуальны, как и для всех прочих решений, отличных от ЭЛТ. Впрочем, сегодня еще рано судить о том, какая из существующих технологий придет на смену ЭЛТ. При современных темпах разработок и внедрения ответ на этот вопрос мы должны получить в течение ближайших трех лет.

LEP. Светоизлучающие пластики

Иная альтернатива развития мониторов, не связанная с существующими наработками - технология изготовления и использования дисплеев на основе так называемых светоизлучающих пластиков.

первый монитор, построенный по технологии LEP

Светоизлучающие пластики (Light Emission Plastics) - сложные полимеры с рядом интересных свойств. Вообще-то, использование пластических полимерных материалов в качестве полупроводников началось уже довольно давно, и встретить их можно в самых различных отраслях техники, в том числе и в бытовой электронике, включая персональные компьютеры. Однако некоторые представители этого семейства обладали и довольно необычным свойством - способностью эмитировать фотоны под воздействием электрического тока, то есть светиться.

технология LEP позволяет довести обзорность до 1800

Поначалу КПД полимерных светильников был крайне низким, и соотношение излучаемого света к затраченному потоку электронов измерялось долями процента. Но в последнее время компания Cambridge Display Technology существенно продвинулась в разработке светоизлучающего пластика и повысила эффективность этих материалов в сотни раз. Сейчас с уверенностью можно сказать, что LEP сравнились по своей функциональности с привычными светодиодами. Поэтому на повестку дня стал вопрос об их практическом применении.

кусочек светоизлучающего пластика

LEP необычайно просты и дешевы в производстве. В принципе, LEP-дисплей представляет собой многослойный набор тончайших полимерных пленок. Даже по сравнению с экранами на жидких кристаллах пластиковые мониторы кажутся совсем тонкими - всего пары миллиметров вполне достаточно для воспроизводства на них качественного изображения. По многим же параметрам светоизлучающие пластики превосходят всех своих конкурентов. Они не подвержены инверсионным эффектам, что позволяет менять картинку на таком дисплее с очень высокой частотой. Для работы LEP расходуют электрический ток слабого напряжения, да и вообще отличаются низкой электроемкостью. Кроме того, то, что пластик сам излучает, а не использует отраженный или прямой поток от другого источника, позволяет забыть о тех проблемах, с которыми сталкиваются производители мониторов на жидких кристаллах, в частности - ограниченного угла обзора. Конечно, не обошли эту еще молодую технологию и свои специфические проблемы, такие, например, как ограниченный срок службы полимерных матриц, который сегодня намного меньше, чем у электронных трубок и ЖК-дисплеев. Другая проблема касается воспроизведения светоизлучающим пластиком цветных изображений.

Таким образом, подводя итог всему вышесказанному, хочу отметить тот факт, что в ближайшие три года прямым наследником ЭЛТ-мониторов будет все-таки LCD-мониторы. Эта технология развивается уже довольно давно по компьютерным меркам, что дает основание говорить о том, что техпроцесс все улучшается, а себестоимость продукции падает, становясь все более доступной массовому пользователю.

Плазменная панель представляет собой матрицу газонаполненных ячеек, заключенных между двумя параллельными стеклянными поверхностями. В качестве газовой среды обычно используется неон или ксенон. Разряд в газе протекает между прозрачным электродом 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:

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.

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.

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.

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: скринсейверы (как в компьютерных мониторах), автоматическое отключение через некоторое время при статическом сигнале или отсутствии его, а также плавные перемещения изображения по экрану.

Еще один важный недостаток `плазмы` - большой размер пикселей. Большинство производителей неспособны создавать ячейки менее 0,3 мм - это больше, чем зерно стандартного компьютерного монитора.

Блики.

Но, пожалуй, все же самый главный недостаток плазменных экранов — это блики. 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.

Принцип действия плазменной панели основан на свечении специальных люминофоров при воздействии на них ультрафиолетового излучения. В свою очередь это излучение возникает 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 газоразрядные панели, работающие на этом принципе, и получили название “газоразрядных” или, что тоже самое – “плазменных” панелей.

Конструкция

Разряд в газе протекает между прозрачным электродом 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: Zn₂SiO₄:Mn₂₊ / BaAl₁₂O₁₉:Mn₂₊
• Красный: Y₂O₃:Eu₃₊ / Y0,65Gd_0,35BO₃: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.

Почему плазменные панели лучше

Во-первых, плазменная панель гораздо безопаснее кинескопных телевизоров. Они не создают вредных магнитных и электрических полей, так как в них отсутствуют устройства развертки и высоковольтный источник анодного напряжения кинескопа. Плазменная панель не оказывает вредного влияния на человека и домашних животных и не притягивает пыль к поверхности экрана (большой плюс с точки зрения домохозяек!). Кроме того, что очень важно, они не имеют рентгеновского и какого-либо иного паразитного излучения.

Во-вторых, плазменная панель исключительно универсальны и позволяют использовать её не только в качестве телевизора, но и как дисплей персонального компьютера с большим размером экрана. Для этого все модели плазменных панелей помимо видеовхода (как правило, это обычный AV вход и вход S-VHS) оборудуются еще и VGA-входом. Поэтому такая панель будет незаменима при проведении презентаций, а также при использовании в качестве многофункционального информационного табло при ее подключении к выходу персонального компьютера или ноутбука. Ну, а поклонники домашнего мультимедиа и компьютерных игр будут просто в восторге: только представьте себе насколько выигрышнее будет выглядеть по сравнению с 17″ монитором на 42″ экране изображение, к примеру, кабины космического звездолета или виртуальное поле боя с космическими пришельцами!

В-третьих, “картинка” плазменной панели по своему характеру очень напоминает изображение в “настоящем” кинотеатре. Благодаря этому своему “кинематографическому” акценту плазма сразу же полюбилась поклонникам “домашнего кино” и прочно утвердилась как кандидат N1 в качестве высококачественного средства отображения в домашних кинотеатрах высокого класса. Тем более что размера экрана в 42″ в большинстве случаев оказывается вполне достаточно. Очевидно в расчете на “кинотеатральное” применение большинство плазменных панелей выпускается с форматом изображения 16:9, ставшем de-facto стандартом для систем домашнего театра.

В-пятых, плазменные панели чрезвычайно надежны. По данным фирмы Fujitsu их технический ресурс составляет не менее 60 000 часов (у очень хорошего кинескопа 15 000-20 000 часов), а процент брака не превышает 0.2%. То есть на порядок меньший общепринятых для цветных кинескопных телевизоров 1.5-2 %.

В-шестых, PDP практически не подвержены воздействию сильных магнитных и электрических полей. Это позволяет, к примеру, использовать их в системе домашнего театра совместно с акустическими системами с неэкранированными магнитами. Иногда это может быть важным, так как в отличие от кинотеатральной акустики многие “обычные” HI-FI колонки выпускаются с неэкранированной магнитной цепью. В традиционном домашнем кинотеатре на основе телевизора использовать эти колонки в качестве фронтальных очень затруднительно ввиду их сильного влияния на кинескоп телевизора. А в AV-системе на основе PDP – сколько угодно.

В-седьмых, благодаря малой глубине и относительно небольшой массе плазменные панели легко разместить в любом интерьере и даже повесить на стену в удобном для этого месте. С другим типом дисплея подобный фокус вряд ли удастся.

Прочие достоинства плазменной панели

Ложка дёгтя

Таким образом, единственным серьезным на сегодня недостатком плазменных панелей по большому счету является только их большая цена. Впрочем по сравнению со стоимостью других устройств отображения информации с аналогичным размером экрана их относительная цена в пересчете на 1 см (или дюйм) диагонали изображения оказывается не столь большой.

Разбор характеристик

Принцип дальнейшего повествования будет таков: мы возьмём типовую табличку технических характеристик плазменной панели и пройдёмся по тем её строкам, на которые стоит обратить внимание. Итак:

Диагональ, разрешение

Выбирая диагональ, в первую очередь имейте в виду – чем она больше, тем дальше от телевизора нужно сидеть. В случае 42-дюймовой панели ваш любимый диван должен быть удалён от неё на расстояние не менее трёх метров. Можно, конечно, сесть и ближе, но особенности формирования изображения на панели вас наверняка будет раздражать и мешать просмотру.

Соотношение сторон

Яркость

Контрастность

Интерфейсные разъёмы

Подавляющее число плазменных телевизоров имеет, как минимум, SCART, VGA, S-Video, компонентный видеоинтерфейс, а также обычные аналоговые аудиовходы и выходы. Рассмотрим эти и другие разъёмы подробнее:

Акустическая система

Энергопотребление

В заключение

Плазменные технологии реализовали мечту о «плоском телевизоре», который можно повесить на стену как картину. Первый полноценный плазменный телевизор создали в Японии в 90-х годах. С 1997 года компания Panasonic запустила аппараты в массовое производство. Первые плазменные телевизоры имели разрешение экрана не более 852 х 480 пикселей при диагонали 42 дюйма.

Что такое плазменный телевизор и технологии

Схемы современных плазменных телевизоров, при наличии сходства с телевизорами LCD, имеют свои особенности.

Устройство плазменного телевизора

Плазменная панель (PDP – Plasma Display Panel) состоит из миллионов пикселей-ячеек, наполненных газом (ксеноном или неоном). Ячейки размещены между двумя стеклянными пластинами. При подаче электрического заряда на ячейки газ переходит в агрегатное состояние, которое в физике называют плазма. Вот, что значит плазменный телевизор. Отсюда и произошло название технологии.

Как работает плазменный телевизор

Принцип работы плазменного телевизора основан на явлении свечения газа в ячейках при пропускании через него электрического тока. В сущности, плазменная панель представляет собой матрицу из миниатюрных флуоресцентных ламп. Каждая ячейка является своеобразным конденсатором с электродами и состоит из трех микроламп с ионизированным газом.

После подачи разряда плазма излучает ультрафиолет. Красная, зеленая или синяя микролампа начинает светиться. Ультрафиолетовое излучение задерживается стеклом, а видимый свет преобразуется через сканирующий электрод в изображение, которое появляется на экране плазменного телевизора.

Электрическим полем управляет компьютер. Яркость свечения каждой ячейки определяет уровень подаваемого напряжения. Таким способом из трех основных цветов получают практически любой цвет и оттенок.

Полученное по такой технологии изображение – яркое и четкое. Каждая ячейка излучает свой свет самостоятельно, и дополнительная подсветка плазменного телевизора, в отличии от жидкокристаллических собратьев, не требуется.

Размер плазменной ячейки достаточно велик. Создать маленький плазменный телевизор с высоким разрешением технологически очень сложно и экономически не выгодно. В основном аппараты изготавливают с диагональю 42 дюйма и более.

Достоинства плазменных телевизоров

Контрастность является одной из наиболее важных характеристик качества изображения. Картинка на экране с высокой контрастностью будет выглядеть более реалистичной и пространственной. Это самый большой плюс, по сравнению с ЖК-технологией.

Основные плюсы плазменных телевизоров:

высокая контрастность;
максимально широкие углы обзора ;
глубокий насыщенный черный цвет;
качественное изображение с высокой цветопередачей;
более «мягкая» для зрения картинка;
высокая скорость обновления изображения;
толерантное отношение к сигналу невысокого качества;
улучшенная передача динамических сцен, это важно при просмотре спортивных соревнований и фильмов в жанре «экшн»;
большой срок службы – до 35 лет.

Недостатки плазмы

Недостатки плазменных телевизоров:

Много электроэнергии уходит на преобразование инертного газа в плазму. Для охлаждения предусмотрены вентиляторы, которые дополнительно увеличивают энергопотребление плазменных телевизоров.

Контрастность плазмы со временем уменьшается, и через несколько лет использования изображение становится не таким красочным как вначале.

Выгорание пикселей у плазмы может происходить при подаче на экран статического изображения, например, при подключении к компьютеру. При обычном просмотре это явление может совсем не происходить. Новые модели телевизоров проблем выгорания пикселей практически не имеют.

Чистка экрана

Неправильный уход за телевизором приведет к появлению различных пятен на экране, бликов, царапин, что не будет способствовать комфортному просмотру. Пыль на экране накапливает статическое электричество. Надо учитывать, экран плазменного устройства состоит из нескольких слоев, каждый из которых чувствителен к воздействию агрессивных химических препаратов.

Общие рекомендации, как почистить поверхность экрана плазменного телевизора:

чистку проводить в комнате с достаточным освещением;
отключить телевизор от сети – правило техники безопасности, подождать пока он полностью остынет;
для удаления пыли использовать мягкую ткань без ворса: из хлопка, флиса или фланели;
для удаления загрязнений использовать рекомендованные чистящие средства;
нельзя давить на экран, использовать скребки;
не распылять спецсредства непосредственно на экран. Для этого подойдет салфетка из микрофибры или мягкая ткань без ворса. Салфетку делают влажной, но не мокрой;
не включать телевизор до полного высыхания экрана.

Корпус телевизора также необходимо систематически протирать мягкой тканью.
В специализированных магазинах продают влажные салфетки для ухода за экраном ЖК телевизора. Салфетки, пропитанные специальным составом, не содержат спирт и абразивные компоненты и могут использоваться для любых типов экранов.

Чем протирать плазменный телевизор в домашних условиях. Приготовить мыльный раствор из детского мыла. Хозяйственное мыло не рекомендуется использовать из-за повышенного содержания щелочи. Мягкой тряпкой без ворса, смоченной в растворе, протереть экран. Хорошо отжатой тканью удалить остатки мыла и протереть экран насухо.

Стоит ли брать плазму?

Самый большой плазменный телевизор в 2010 году компания Panasonic экспонировала на выставке Consumer Electronics Show в Лас-Вегасе. Модель TH-152UX1: диагональ – 152 дюйма (386 см), масса — 580 кг. Плазменная панель выдает разрешение 4096 × 2160 пикселей и умеет показывать 3D-контент.

Плазма будет хорошим выбором, если пользователю нужен экран с большой диагональю за умеренную стоимость. Изображение на плазме с хорошим антибликовым покрытием будет выглядеть лучше в ярко освещенном помещении, чем на ЖК экране с глянцевым покрытием.

На данный момент, выпуском плазменных панелей занимается только Samsung. Так что выбор не велик.

Читайте также: