Функциональные возможности плазменного монитора. Устройства вывода информации. Жидкокристаллические мониторы. Плазменные мониторы. Мониторы с электронное лучевой трубкой

На этой страничке мы поговорим на такие темы, как: Устройства вывода информации , , Плазменные мониторы , Мониторы с электронно лучевой трубкой .

Монитор (дисплей ) устройство визуального отображения информации, предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации.

Характеризуется монитор размером по диагонали, разрешающей способности, величиной зерна, максимальной частотой обновления кадров, по типу подключения.

Типы мониторов:

• Цветные и монохромные.
• Различного размера (от 14 дюймов).
• С различным зерном.
• Жидкокристаллические и с электронно-лучевой трубкой.

Монитор работает под управлением специального аппаратного устройства – видеоадаптера (видеоконтроллера, видеокарты), который предусматривает два возможных режима – текстовый и графический.

В текстовом режиме экран разбивается (чаще всего) на 25 строк по 80 позиций в каждой строке (всего 2000 позиций). В каждую позицию (знакоместо) может быть выведен любой из символов кодовой таблицы – прописная или строчная буква латинского или русского алфавита, служебный знак («+», «-», «.» и др.), символ псевдографики, а также графический образ почти каждого управляющего символа. Для каждого знакоместа на экране работающая с экраном программа сообщает видеоконтроллеру всего два байта – байт с кодом символа и байт с кодом цвета символа и цвета фона. А видеоконтроллер формирует изображение на экране.

В графическом режиме изображение формируется так же, как и на экране телевизора, – мозаикой, совокупностью точек, каждая из которых окрашена в тот или иной цвет. На экран в графическом режиме можно выводить тексты, графики, рисунки и т.д. А при выводе тестов можно использовать различные шрифты, любые размеры, шрифты, любые размеры, цвета, расположение букв. В графическом режиме экран монитора представляет собой, по существу растр, состоящий из пикселей.

Примечание

Минимальный элемент изображения на экране (точка) называется пикселем – от английского «picture element»…

Количество точек по горизонтали и вертикали, которые монитор способен воспроизвести четко и раздельно, называется разрежающей способностью монитора. Выражение «разрежающая способность монитора 1024×768» означает, что монитор может выводить 1024 горизонтальных строк по 768 точек в каждой строке.

Существуют два основных типа монитора : жидкокристаллические и с электронно-лучевой трубкой . Менее распространенными являются плазменные мониторы и мониторы с сенсорными экранами .

Мониторы с электронно лучевой трубкой.

Изображение на экране монитора с электронно-лучевой трубкой создается пучком электронов, испускаемых электронной пушкой и принцип их работы аналогичен принципу работы телевизора. Этот луч (пучок электронов) разгоняется высоким электрическим напряжением и падает на внутреннюю поверхность экрана, покрытую составом люминофора, светящимся под его взаимодействием.

Люминофор наносится в виде наборов точек трёх основных цветов – красного (Red), зелёного (Green) и синего (Blue). Эти цвета называют основными, потому что их сочетаниями (в различных пропорциях) можно представить любой цвет спектра. Цветовая модель, в которой строится изображение на экране монитора называется RGB. Наборы точек люминофора располагаются по треугольным триадам. Триада образует пиксел – точку, из которых формируется изображение.

Расстояние между центрами пикселов называется точечным шагом монитора . Это расстояние существенно влияет на чёткость изображения. Чем меньше шаг, тем выше чёткость. Обычно в цветных мониторах шаг (по диагонали) составляет 0,27-0,28 мм. При таком шаге глаз человека воспринимает точки триады как одну точку «сложного» цвета.

На противоположной стороне трубки расположены три (по количеству основных цветов) электронные пушки. Все три пушки «нацелены» на один и тот же пиксел, но каждая из них излучает поток электронов в сторону «своей» точки люминофора.

Чтобы электроны беспрепятственно достигали экрана, из трубки откачивается воздух, а между пушками и экраном создаётся высокое электрическое напряжение, ускоряющее электроны.

Перед экраном на пути электронов ставится маска – тонкая металлическая пластина с большим количеством отверстий, расположенных напротив точек люминофора. Маска обеспечивает попадание электронных лучей только в точки люминофора соответствующего цвета. Величиной электронного тока пушек и, следовательно, яркостью свечения пикселов, управляет сигнал, поступающий с видеоадаптера.

На ту часть колбы, где расположены электронные пушки, надевается отклоняющая система монитора , которая заставляет электронный пучок пробегать поочерёдно все пикселы строчку за строчкой от верхней до нижней, затем возвращаться в начало верхней строки и т.д. Количество отображённых строк в секунду называется строчной частотой развертки. А частота, с которой меняются кадры изображения, называется кадровой частотой развёртки.

Примечание

Последняя не должна быть ниже 60 Гц, иначе изображение будет мерцать…

Жидкокристаллические мониторы.

Жидкокристаллические мониторы (ЖК ) имеют меньший вес, геометрический объем, потребляют на два порядка меньше энергии, не излучают электромагнитных волн, воздействующих на здоровье людей, но дороже мониторов с электронно-лучевой трубкой .

Жидкие кристаллы – это особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим .

Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения. Меняя с помощью электрического поля ориентацию групп кристаллов и используя введённые в жидкокристаллический раствор вещества, способные излучать свет под воздействием электрического поля, можно создать высококачественные изображения, передающие более 15 миллионов цветовых оттенков.

Большинство ЖК-мониторов использует тонкую плёнку из жидких кристаллов , помещённую между двумя стеклянными пластинами. Заряды передаются через так называемую пассивную матрицу – сетку невидимых нитей, горизонтальных и вертикальных, создавая в месте пересечения нитей точку изображения (несколько размытого из-за того, что заряды проникают в соседние области жидкости).

Плазменные мониторы.

Работа плазменных мониторов очень похожа на работы неоновых ламп, которые сделаны в виде трубки, заполненной инертным газом низкого давления. Внутрь трубки помещена пара электродов, между которыми зажигается электрический разряд и возникает свечение. Плазменные экраны создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными поверхностями инертным газом, например, аргоном или неоном.

Затем на стеклянную поверхность помещают маленькие прозрачные электроды, на которые подаются высокочастотные напряжения. Под действием этого напряжения в прилегающей к электроду газовой области возникает электрический разряд. Плазма газового разряда излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, который вызывает свечение частиц люминофора, в диапазоне видимом человеком. Фактически каждый пиксель на экране работает как обычная флуоресцентная лампа.

Высокая яркость, контрастность и отсутствия дрожания являются большими преимуществами таких мониторов. Кроме того, угол по отношению к тому, под которым можно увидеть нормальное изображение на плазменных мониторах – 160° по сравнению с 145°, как в случае с ЖК мониторами . Большим достоинством плазменных мониторов является их срок службы. Средний срок службы без изменения качества изображения является 30 000 часов. Это в три раза больше чем обычная электронно-лучевая трубка . Единственное, что ограничивает их широкое распространение – это стоимость.

Разновидность монитора – с сенсорным экраном . Здесь общение с компьютером осуществляется путём прикосновения пальцем к определённому месту чувствительного экрана. Этим выбирается необходимый режим из меню, показанного на экране монитора .

Фил Коннор
Ноябрь 2002г

Что лучше: плазменная панель или LCD телевизор?

Это зависит от многих факторов. Тема обсуждения двух технологий, которые обрабатывают и отображают входной видео- или компьютерный сигнал совершенно по-разному, сложна и изобилует многочисленными деталями. Обе технологии быстро прогрессируют, а их себестоимость и розничные цены снижаются одновременно. В ближайшем будущем между этими технологиями неизбежно столкновение в линейке 40-дюймовых (по диагонали) мониторов/телевизоров.

Ниже перечисляются некоторые преимущества каждой технологии; также даётся объяснение связи между этими преимуществами и покупателями той и другой технологии в различных областях применения:

1) ВЫЖИГАНИЕ ЭКРАНА

Для LCD можно не учитывать факторы, приводящие к выжиганию экрана при отображении статической картинки. В технологии LCD (жидкокристаллический дисплей) применяется по сути флуоресцентная тыловая лампа, свет от которой идёт через пиксельную матрицу, содержащую жидкокристаллические молекулы и поляризованный субстрат для придания формы яркости и цвету. Жидкий кристалл, находящийся в LCD, в действительности применяется в твёрдом состоянии.

У плазменной технологии, напротив, следует учитывать факторы, приводящие к выжиганию экрана при отображении статической картинки. Статические изображения начнут «выжигать» отображаемую картинку уже через короткий промежуток времени - в некоторых случаях, спустя приблизительно 15 минут. Хотя «выжигание» можно обычно «снять», выводя на весь экран серое или сменяющие друг друга одноцветные поля, оно тем не менее является существенным фактором, препятствующим развитию плазменной технологии.

Преимущество: LCD

Для таких областей применения, как отображение в аэропортах информации о полётах, статические картинки-витрины в розничных магазинах или постоянные информационные показатели, LCD–монитор будет наилучшим вариантом.

2) КОНТРАСТНОСТЬ

Плазменная технология добилась значительных успехов в разработке изображений повышенной контрастности. Panasonic утверждает, что их плазменные дисплеи имеют контрастность 3000:1. Плазменная технология просто блокирует подачу электропитания (посредством сложных внутренних алгоритмов) на определенные пикселы для того, чтобы сформировать тёмные или чёрные пикселы. Эта методика действительно даёт тёмные чёрные цвета, хотя иногда и в ущерб проработке полутонов.

В LCD технологии, напротив, нужно увеличивать подачу энергии, чтобы сделать пикселы более тёмными. Чем больше напряжение, подаваемое на пиксел, тем темнее LCD-пиксел. Несмотря на достигнутые улучшения LCD технологии в плане контрастности и уровня чёрного, даже лучшие производители LCD технологии, например Sharp, могут обеспечить контрастность лишь между 500:1 и 700:1.

Для просмотра DVD фильмов, где обычно много очень светлых и очень темных сюжетов и в компьютерных играх с характерным для них обилием темных сцен, плазменная панель имеет явное преимущество.

3) ДОЛГОВЕЧНОСТЬ

Производители LCD утверждают, что долговечность их мониторов/телевизоров составляет от 50.000 до 75.000 часов. LCD-монитор может работать столь же долго, сколько работает тыловая лампа (которую в действительности можно заменять), так как свет от неё, подвергаясь воздействию жидкокристаллической призмы, обеспечивает яркость и цвет. Призма является субстратом, и поэтому на самом деле ничего не выжигает.

С другой стороны, в плазменной технологии на каждый пиксел подаётся электрический импульс, который возбуждает инертные газы - аргон, неон и ксенон (люминофоры), необходимые для обеспечения цвета и яркости. Когда электроны возбуждают люминофор, атомы кислорода рассеиваются. Изготовители плазмы оценивают долговечность люминофоров и, следовательно, самих панелей в 25.000 – 30.000 часов. Люминофоры не могут быть заменены. Не существует такого явления, как закачка новых газов в плазменный дисплей.

Преимущество: LCD, в два и более раза.

В промышленных/коммерческих областях применения (например, в витринах информационных табло, где дисплеи должны работать круглосуточно), где как правило не слишком высокие требования к качеству изображения, LCD будет наилучшим вариантом для длительного использования.

4) НАСЫЩЕННОСТЬ ЦВЕТА

Цвет более точно воспроизводится в плазменных панелях, поскольку вся информация, необходимая для воспроизведения любого оттенка в спектре, содержится в каждой ячейке. Каждый пиксел содержит синий, зелёный и красный элементы для точной передачи цвета. Насыщенность, достигаемая благодаря конструкции пиксела плазменной панели, обеспечивает, на мой взгляд, самые живые цвета среди дисплеев всех типов. Координаты цвета в цветовом пространстве в хороших плазменных панелях намного более точны, чем в LCD.

В LCD по физическим условиям прохождения волн сквозь длинные тонкие жидкокристаллические молекулы сложнее добиться эталонной точности и живости цветопередачи. Цветовая информация имеет преимущество вследствие меньшего размера пиксела в большинстве LCD–телевизоров. Однако при одинаковом размере пиксела цвет будет не таким выразительным, как у плазменных панелей.

Плазменная технология превосходит LCD при показе видео, особенно, в динамичных сценах. LCD предпочтительна для отображения статических компьютерных изображений, не только из-за выжигания, но и потому, что она также обеспечивает прекрасные однородные цвета.

5) ВЫСОТА НАД УРОВНЕМ МОРЯ

Как было упомянуто выше, в LCD применяется технология задней подсветки в комбинации с жидкокристаллическими молекулами. В принципе, нет ничего, что служило бы препятствием для размещения этого монитора на высокогорье, как и нет никаких реальных ограничений. Этим объясняется использование LCD экранов в качестве главного обзорного экрана для отображения видеоинформации о полётах.

Поскольку ячейка плазменного экрана в плазменных панелях в действительности является стеклянной оболочкой, наполненной инертным газом, то разреженный воздух приводит к росту давления газа внутри этой оболочки и увеличивает мощность, требуемую для нормального охлаждения плазменной панели, в результате чего появляется характерное гудение (жужжание) и слишком заметный шум от вентилятора. Эти проблемы возникают на высоте приблизительно 2.000 метров.

Преимущество: LCD

На высоте Денвера и выше для любых областей применения я бы использовал LCD мониторы.

6) УГОЛ ОБЗОРА

Производители плазменных мониторов всегда утверждали, что их изделия имеют угол обзора 160° - по сути, это так и есть. LCD добилась значительных успехов в увеличении угла обзора. В LCD-мониторах нового поколения фирм Sharp и NEC материал ЖК-основы значительно улучшен; расширен и динамический диапазон. Но несмотря на эти успехи, при просмотре монитора/телевизора под большими углами заметное отличие между двумя технологиями всё ещё сохраняется.

Преимущество: плазменная панель

Каждая ячейка плазменной панели представляет собой самомстоятельный источник света, что позволяет добиться превосходной яркости каждого пиксела. Отсутствие устройства задней подсветки (как в LCD) тоже хорошо с точки зрения угла обзора.

7) ИСПОЛЬЗОВАНИЕ С КОМПЬЮТЕРОМ

LCD эффективно отображает статические компьютерные изображения, без мерцаний и выжигания экрана.

Плазменной панели труднее обрабатывать статические изображения от компьютера. Хотя их отображение выглядит удовлетворительным, проблемой является выжигание экрана; представляет трудность и эффект ступенчатости, встречающийся в панелях с меньшей разрешающей способностью при отображении статичного текста (Power Point). Видеоизображения с компьютера получаются качественными, но возможно некоторое мерцание, зависящее как от заводского качества панели, так и от отображаемого разрешения. Плазменная панель, конечно же, по-прежнему выигрывает по углу обзора.

Преимущество: LCD, за исключением больших углов обзора.

8) ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ВИДЕО

Здесь первенство за плазменными панелями, благодаря прекрасному качеству при отображении сцен с быстрым движением, высокому уровню яркости, контраста и цветовой насыщенности.

На LCD могут быть заметны цветовые шлейфы во время показа видеосцен с быстрым движением, так как эта технология медленнее отрабатывает изменения цвета. Причиной этого являются световые призмы, которые должно быть появляются вследствие воздействия напряжения, управляющего отклонением светового луча. Чем более высокое напряжение подаётся на кристалл, тем темнее становится изображение в этой части LCD панели. По этой же причине у LCD более низкие уровни контрастности.

Преимущество: плазменная панель, с большим запасом.

DVD или любое потоковое видео, TV или HDTV – от любого из этих видеоисточников плазменная панель покажет неразмытое, с высокой контрастностью (в зависимости от плазмы), насыщенное цветами изображение. Несмотря на значительные успехи в этом направлении, LCD по-прежнему испытывает некоторые трудности при сравнительно больших размерах экрана, хотя при меньших размерах смотрится превосходно.

9) ОБЪЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА И СТОИМОСТЬ

Хотя обе технологии испытывают трудности при создании мониторов большого размера, большую плазменную панель все же оказалось сделать легче, производители уже выпустили плазменные панели с диагональю более 60 дюймов. Хотя такие мониторы всё ещё стоят дорого, они продемонстрировали свою эффективность и надёжность. ЖК-основу большого размера для LCD телевизора трудно изготовить без дефектных пикселов. На данный момент самый большой LCD экран - это 40–дюймовая коммерческая версия фирмы NEC. До этого Sharp наращивал свою линейку LCD-мониторов от 20 до 22 и затем до 30 дюймов, а сейчас начинает поставлять на рынок новую 37–дюймовую широкоэкранную панель.

Преимущество: плазменная панель.

Несмотря на то, что себестоимость и цены на изделия обеих технологий снижаются (за исключением цен на большие плазменные панели), плазменная панель по-прежнему имеет более низкую себестоимость производства и поэтому имеет преимущество в цене. 50–дюймовые плазменные панели чрезвычайно популярны и быстро отвоевывают долю рынка у ранее доминировавших 42–дюймовых панелей. Такая тенденция для плазменных панелей, имеющих более высокий процент выхода годных изделий в производстве и, как следствие, более низкую себестоимость, будет, вероятно, сохраняться в течение по меньшей мере 2-х лет.

10) ТРЕБОВАНИЯ ПО НАПРЯЖЕНИЮ

Поскольку в LCD для получения света используется флуоресцентная лампа задней подсветки, у этой технологии гораздо меньшие требования по напряжению, чем у плазменных панелей. С другой стороны, при использовании плазменной панели необходимым (трудновыполнимым) условием является подача питания на сотни тысяч прозрачных электродов, которые возбуждают свечение ячеек люминофора.

, монитор , основанный на явлении свечения люминофора под воздействием ультрафиолетовых лучей, возникающих при электрическом разряде в ионизированном газе, иначе говоря - в плазме . (См. также: SED).

История

Оранжевая монохромная индикаторная панель Digivue в PLATO V, 1981

Плазменная панель была разработана в Университете Иллинойса в процессе создания системы электронного обучения США доктором Дональдом Битцером (Donald Bitzer), Жене Слоттовым (H. Gene Slottow) и Робертом Вильсоном (Robert Willson) . Патент на изобретение они получили в 1964 году. Первый плоский дисплей состоял из одного пикселя.

В 1971 году компания «Owens-Illinois» приобрела лицензию на производство дисплеев Digivue. В 1983 году Университет Иллинойса продал лицензию на производство плазменных панелей компании IBM.

Первый в мире 21-дюймовый (53 см) полноцветный дисплей представила в 1992 году компания Fujitsu . В 1999 году «Matsushita» («Panasonic ») создала перспективный 60-дюймовый прототип.

Начиная с 2010 года производство плазменных телевизоров сокращалось из-за невозможности конкурировать с более дешевыми LED-телевизорами и в 2014 практически прекратилось .

Конструкция

Устройство плазменной панели

Плазменная панель представляет собой матрицу газонаполненных ячеек, заключённых между двумя параллельными стеклянными пластинами, внутри которых расположены прозрачные электроды , образующие шины сканирования, подсветки и адресации. Разряд в газе протекает между разрядными электродами (сканирования и подсветки) на лицевой стороне экрана и электродом адресации на задней стороне.

Особенности конструкции:

• субпиксель плазменной панели обладает следующими размерами: 200 x 200 x 100 мкм ;
• передний электрод изготовляется из оксида индия и олова , поскольку он проводит ток и максимально прозрачен.
• при протекании больших токов по довольно большому плазменному экрану из-за сопротивления проводников возникает существенное падение напряжения, приводящее к искажениям сигнала, в связи с чем добавляют промежуточные проводники из хрома , несмотря на его непрозрачность;
• для создания плазмы ячейки обычно заполняются газами - неоном или ксеноном (реже используется гелий и/или аргон , или, чаще, их смеси) с добавлением .

Химический состав люминофора:

Существующая проблема в адресации миллионов пикселей решается расположением пары передних дорожек в виде строк (шины сканирования и подсветки), а каждой задней дорожки - в виде столбцов (шина адресации). Внутренняя электроника плазменных экранов автоматически выбирает нужные пиксели. Эта операция проходит быстрее, чем сканирование лучом на ЭЛТ -мониторах. В последних моделях PDP обновление экрана происходит на частотах 400 - 600 Гц, что позволяет человеческому глазу не замечать мерцания экрана.

Принцип действия

Работа плазменной панели состоит из трёх этапов:

1. инициализация , в ходе которой происходит упорядочение положения зарядов среды и её подготовка к следующему этапу (адресации). При этом на электроде адресации напряжение отсутствует, а на электрод сканирования относительно электрода подсветки подаётся импульс инициализации, имеющий ступенчатый вид. На первой ступени этого импульса происходит упорядочение расположения ионной газовой среды, на второй ступени разряд в газе, а на третьей - завершение упорядочения.
2. адресация , в ходе которой происходит подготовка пикселя к подсвечиванию. На шину адресации подаётся положительный импульс (+75 В ), а на шину сканирования отрицательный (–75 В). На шине подсветки напряжение устанавливается равным +150 В.
3. подсветка , в ходе которой на шину сканирования подаётся положительный, а на шину подсветки отрицательный импульс, равный 190 В. Сумма потенциалов ионов на каждой шине и дополнительных импульсов приводит к превышению порогового потенциала и разряду в газовой среде. После разряда происходит повторное распределение ионов у шин сканирования и подсветки. Смена полярности импульсов приводит к повторному разряду в плазме. Таким образом, сменой полярности импульсов обеспечивается многократный разряд ячейки.

Один цикл «инициализация - адресация - подсветка» образует формирование одного подполя изображения. Складывая несколько подполей, можно обеспечивать изображение заданной яркости и контраста . В стандартном исполнении каждый кадр плазменной панели формируется сложением восьми подполей.

Таким образом, при подведении к электродам высокочастотного напряжения происходит ионизация газа или образование плазмы. В плазме происходит ёмкостной высокочастотный разряд, что приводит к ультрафиолетовому излучению, которое вызывает свечение люминофора: красное, зелёное или синее. Это свечение проходя через переднюю стеклянную пластину попадает в глаз зрителя.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• высокая контрастность;
• глубина цветов;
• стабильная равномерность на чёрном и белом цвете;
• наибольший срок службы (30 лет) по сравнению с ЖК-панелями (7-10 лет)

Недостатки:

• более высокое энергопотребление в сравнении с ЖК-панелями;
• крупногабаритные пиксели и, как следствие, только достаточно крупногабаритные плазменные панели обладают достаточным экранным разрешением ;
• выгорание экрана от неподвижного изображения (эффект памяти), например, от логотипа телеканала. Происходит из-за перегрева люминофора и последующего его испарения. http://televizor-info.ru/wp-content/uploads/2013/08/22.jpg http://televizor-info.ru/wp-content/uploads/2013/08/11.jpg Подобный эффект наблюдается и на OLED -телевизорах (экран на органических светодиодах). Выгоревшие OLED-экраны http://www.mobiledevice.ru/Images/65/News_65860_6.jpg https://s8.hostingkartinok.com/uploads/images/2018/06/e7ea71b85f2867f13bb8cf630d50dddc.jpg

Плазменный экран
Плазменная панель немного похожа на обыкновенный кинескоп - она так-же покрыта способным светиться составом. В то же время они, как и LCD, используют сетку электродов с защитным покрытием из оксида магния для передачи сигнала на каждый пиксель-ячейку. Ячейки заполнены интертными` 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, высоко-ионизированную субстанцию, состоящую из электронов, ионов и нейтральных частиц.

В нормальных условиях отдельные атомы газа содержат равное число протонов (частиц с положительным зарядом в ядре атома) и электронов и таким образом газ электрически нейтрален. Но 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 плазменных панелях используются в основном инертные газы - неон и ксенон. В состоянии «возбуждения» они испускают свет в ультрафиолетовом диапазоне, невидимом для человеческого глаза. Тем не менее, ультрафиолет можно использовать и для высвобождения фотонов видимого спектра.
После разряда ультрафиолетовое излучение заставляет светиться фосфорное покрытие ячеек-пикселей. Красную, зеленую или синюю составляющую покрытия. На самом деле каждый пиксель делится на три субпикселя, содержащих красный, зеленый либо синий фосфор. Для создания разнообразных оттенков цветов интенсивность свечения каждого субпикселя контролируется независимо. В кинескопных телевизорах это делается за счет маски (да и прожекторы под каждый цвет разные), а в «плазме» - при помощи 8-битной импульсной кодовой модуляции. Общее число цветовых комбинаций в этом случае достигает 16,777,216 оттенков.

Тот факт, что плазменные панели сами являются источником света, обеспечивает отличные углы обзора по вертикали и горизонтали и великолепную цветопередачу (в отличие от, например, LCD, экраны в которых нуждаются в подсветке). Впрочем, обычные плазменные дисплеи в норме страдают от низкой контрастности. Это обусловлено необходимостью постоянно подавать низковольтный ток на все ячейки. Без этого пиксели будут «включаться» и «выключаться» как обычные флуоресцентные лампы, то есть очень долго, непозволительно увеличивая время отклика. Таким образом, пиксели должны оставаться включенными, испуская свет низкой интенсивности, что, конечно, не может не сказаться на контрастности дисплея.

В конце 90-х гг. прошлого века Fujitsu удалось несколько смягчить остроту проблемы, улучшив контрастность своих панелей с 70:1 до 400:1.
К 2000 году некоторые производители заявляли в спецификациях панелей контрастность до 3000:1, сейчас - уже 10000:1+.
Процесс производства плазменных дисплеев несколько проще, чем процес производства LCD. В сравнении с выпуском TFT LCD-дисплеев, требующим использования фотолитографии и высокотемпературных технологий в стерильно чистых помещениях, «плазму» можно выпускать в цехах погрязнее, при невысоких температурах, с использованием прямой печати.
Тем не менее, век плазменных панелей недолог - совсем недавно среднестатистический ресурс панели равнялся 25000 часов, сейчас он почти удвоился, но проблему это не снимает. В пересчете на часы работы плазменный дисплей обходится дороже LCD. Для большого презентационного экрана разница не очень существенная, однако, если оснастить плазменными мониторами многочисленные офисные компьютеры, выигрыш LCD становится очевидным для компании-покупателя.
Еще один важный недостаток «плазмы» - большой размер пикселей. Большинство производителей неспособны создавать ячейки менее 0,3 мм - это больше, чем зерно стандартной LCD матрицы. Непохоже, чтобы в ближайшем будущем ситуация изменилась к лучшему. На среднесрочную перспективу такие плазменные дисплеи подойдут в качестве домашних телевизоров и презентационных экранов до 70+ дюймов размером. Если «плазму» не уничтожат LCD и появляющиеся каждый день новые дисплейные технологии, через какой-нибудь десяток лет она будет доступна любому покупателю.

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.