Новые телевизоры

Введение

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

Что касается компьютерных мониторов, то здесь выбор простой - победителем  на рынке однозначно можно назвать  ЖК. Но вот в области телевизоров  обе технологии продолжают конкурировать.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как устроен дисплей

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

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

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

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

Плазменная технология

Хаотичное начало

Многие даже и не подозревают, но плазменная технология не такая уж и новая, даже несмотря на то, что её промышленное использование началось в начале 90-х годов. Исследования плазменных дисплеев проводились в США ещё четыре десятилетия назад, в 60-х годах. Технология была разработана четырьмя учёными: Битцером (Bitzer), Слоттоу (Slottow), Вилсоном (Willson) и Аророй (Arora). Первый прототип дисплея появился довольно быстро, в 1964 году. Матрица, революционная для свого времени, имела размер 4 на 4 пикселя, которые излучали монохромный голубой цвет. Затем, в 1967 году, размер матрицы был увеличен до 16x16 пикселей, на этот раз она излучала монохромный тёмно-красный цвет (с помощью неона). Цвет определялся подбором газов с различным спектром свечения. Сначала эти матричные панели назывались газоразрядными, но эффективность излучения в газах оказалась очень слабой. Кстати, до сих пор выпускаются матричные газоразрядные панели с аргоно-неоновым заполнением.

Вполне естественно, что эта  технология заинтересовала производителей, и в 1970 году к работе присоединились такие компании, как IBM, NEC, Fujitsu и Matsushita. К сожалению, из-за отсутствия рынка, оправдывающего промышленное производство, к 1987 году разработки в США были практически остановлены, и последней компанией, которой пришлось сдаться, была IBM. В США осталась горстка учёных, продолживших работать над этой технологией, и теперь основные исследования проводились в Японии. Дело в том, что в Японии существовала долговременная государственная программа по развитию дисплейных технологий. В Стране восходящего солнца были образованы десятки университетов и институтов, специализированных на данной технологии. И денег было инвестировано немало. Причём государство контролировало и координировало деятельность больших частных фирм, таких как Sharp и Hitachi. Первая коммерческая модель появилась на рынке в начале 90-х годов. Fujitsu первой преодолела 21" барьер.

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

Принцип работы

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

И свечение в плазменных дисплеях достигается точно так же, как  у люминесцентных ламп, которые мы повсеместно наблюдаем: внутри трубки запаян инертный газ (к примеру, аргон), использующийся в качестве стабилизатора  дугового разряда. Также внутри находятся  пары ртути (именно бомбардировка тяжёлыми ионами ртути и вызывает свечение люминофора в ультрафиолетовом диапазоне). Кстати, сегодня есть и люминесцентные лампы без ртути. На концах трубки находятся электроды, к которым подводится высокое напряжение (несколько тысяч вольт. Но реально в люминесцентных лампах такое напряжение образуется только при поджиге за счёт выброса с балластного дросселя. Когда образуется дуговой разряд, то напряжение падает до 80-240 В в зависимости от режима и прочих характеристик). Инертный газ в нормальном состоянии электрически нейтрален, но под действием тока он превращается в плазму - газ, состоящий из свободных электронов и положительных ионов (в результате суммарный заряд остаётся нейтральным). Из-за разницы потенциалов в несколько тысяч вольт электроны перетекают к положительному катоду, а электроны - к отрицательному аноду трубки. Подобное движение приводит к столкновению с атомами. При каждом столкновении атом набирает энергию, и электроны переходят на более высокую орбиту. Когда они возвращаются на изначальную орбиту, то испускают фотон: квант света.

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

Но здесь возникает проблема. Дело в том, что излучаемый плазмой  свет невидим: это ультрафиолет, который  человеческий глаз не способен воспринимать. (Ультрафиолет здесь, кстати, излучается не по случайности. Он имеет длину волны короче видимого спектра, поэтому его удобно с помощью разных люминофоров превращать в любой цвет). Поэтому свет нужно превратить в видимый. Для этого на стенки трубки наносят порошок, чувствительный к ультрафиолету и излучающий белый свет (вспомните обычные лампы дневного света). Этот порошок является люминофором, то есть преобразует одну форму излучения в другую.

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

От светящейся трубки к  пикселю плазменной панели

Переложение этой технологии на пиксели  плазменного дисплея тоже довольно логично. Каждый пиксель состоит  из трёх идентичных микроскопических полостей, содержащих инертный газ (ксенон) и имеющих два электрода, спереди  и сзади. После того, как к электродам будет приложено сильное напряжение, плазма начнёт перемещаться. При этом она излучает ультрафиолетовый свет (показан на рисунке фиолетовым), который попадает на 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₊ / Y_0,65Gd_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.

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.

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

Преимущества и недостатки плазменных дисплеев

Преимущества

Плазменная технология имеет отдельные  преимущества над ЖК. Во-первых, люминофоры для плазменного телевизора обеспечивают более сочные цвета в более  широком диапазоне. Цветовой диапазон плазменных экранов намного шире, чем у ЖК-телевизоров. Если сравнивать с ЭЛТ-мониторами, то цветовой диапазон "плазмы" в ряде случаев бывает хуже, поскольку у ЭЛТ условия для возбуждения люминофора гораздо лучше: энергия электронов выше, чем у УФ-излучения.

Наконец, контрастность "плазмы" аналогична лучшим ЭЛТ-телевизорам. Основная тому причина - глубокий чёрный цвет. Выключенный пиксель не излучает цвет совсем, в отличие от пикселей ЖК. Кроме того, плазменные телевизоры обладают большей яркостью, чем ЭЛТ-мониторы, обеспечивая от 900 до 1000 кд/м². Здесь есть нюанс. В отличие от ЭЛТ и ЖК в "плазме" физически невозможно обеспечить такую яркость по всему экрану. Только на отдельных площадях. Дело в том, что для запитки такого "кипятильника" потребуется источник мощностью несколько киловатт. А мощные драйверы микросхем управления просто расплавятся! Поэтому то в плазме используется принудительное охлаждение вентиляторами. К сожалению, КПД преобразований "электрическая энергия - излучение" в плазме невысокий. Чтобы избежать этого явления применяется "военная хитрость" - анализируется суммарная потребляемая мощность. И если есть опасность превышения лимита - идёт принудительный сброс средней яркости экрана.

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

 

Недостатки

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

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

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

Если получающаяся картинка с расстояния выглядит цельной, то на близком расстоянии вы вряд ли сможете ей наслаждаться. Установлено, что человеческий глаз не замечает мерцания с частотой выше 85 Гц, но это не всегда так.

По своей природе зрительная система состоит из собственно датчиков и "программы обработки" в мозге. Датчики относятся к интеграционному  типу (с химической природой: разложение веществ под действием светового  излучения, преобразование в электрические  потенциалы и передача сигналов в мозг). Интегрирование параметров яркости и цвета происходит по времени и по площади. Если площадь объектов мала, то мерцание объектов мало заметно. Но если в поле зрения попадут объекты большей площади с модуляцией по яркости 85 Гц, то они будут обнаружены глазом! То есть датчиками, а не мозгом! Особую роль в деле обнаружения высокочастотных составляющих играет периферическое зрение. Именно оно и позволяет отлавливать компоненты 85-90 Гц.

Утомление глаз происходит вследствие того, что создаются некомфортные условия для спорадического сканирования поля зрения. Если обнаруживаются "опасные" объекты (с модуляцией, например, 85 Гц) то глазные мышцы стараются просканировать именно периферийную часть, которая  имеет наибольшую чувствительность для локализации таких объектов. В обычной ситуации мышцы не рассчитаны на такие предельные нагрузки. Отсюда и накапливается усталость глаз. Дополнительная усталость возникает  и в мозге. Принятые стимулы от "вибрирующих" пространственных объектов относятся к категории  опасных, на фильтрацию событий тратятся дополнительные "мощности".