Устройства вывода информации. Жидкокристаллические мониторы
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.
Главной проблемой развития технологий LCD для сектора настольных компьютеров, похоже, является размер монитора, который влияет на его стоимость. Однако, невзирая на это LCD мониторы сегодня стали бесспорными лидерами рынке дисплеев. Тем не менее, существуют и другие технологии, которые создают и развивают разные производители, и некоторые из этих технологий носят название PDP (Plasma Display Panels), или просто "plasma", и FED (Field Emission Display).
Plasma-мониторы
Разработка плазменных дисплеев, начатая еще в 1968 г., базировалась на применении плазменного эффекта, открытого в Иллинойсском университете в 1966 г. Сейчас принцип действия монитора основан на плазменной технологии: используется эффект свечения инертного газа под воздействием электричества. Примерно по той же технологии работают неоновые лампы. Заметим, что мощные магниты, входящие в состав динамических излучателей звука, расположенных рядом с экраном, никак не влияют на изображение, поскольку в плазменных устройствах, как и в ЖК, отсутствует такое понятие, как электронный луч, а заодно и все элементы ЭЛТ, на которые воздействует вибрация.
Формирование изображения в плазменном дисплее происходит в пространстве шириной примерно 0,1 мм между двумя стеклянными пластинами, заполненном смесью благородных газов - ксенона и неона. На переднюю, прозрачную пластину нанесены тончайшие прозрачные проводники, или электроды, а на заднюю - ответные проводники. Подавая на электроды электрическое напряжение, можно вызвать пробой газа в нужной ячейке, сопровождающийся излучением света, который и формирует требуемое изображение. Первые панели, заполнявшиеся в основном неоном, были монохромными и имели характерный оранжевый цвет. Проблема создания цветного изображения была решена путем нанесения в триадах соседних ячеек люминофоров основных цветов - красного, зеленого и синего и подбора газовой смеси, излучающей при разряде невидимый глазом ультрафиолет, который возбуждал люминофоры и создавал уже видимое цветное изображение.
Однако, у традиционных плазменных экранов на панелях с разрядом постоянного тока имеется и ряд недостатков, вызванных физикой процессов, происходящих в данном типе разрядной ячейки. Дело в том, что при относительной простоте и технологичности панели постоянного тока, уязвимым местом являются электроды разрядного промежутка, которые подвергаются интенсивной эрозии. Это заметно ограничивает срок службы прибора и не позволяет достичь высокой яркости изображения, ограничивая ток разряда. Как следствие, не удаётся получить достаточного количества оттенков цвета, ограничиваясь в типичном случае шестнадцатью градациями, и быстродействия, пригодных для отображения полноценного телевизионного или компьютерного изображения. По этой причине плазменные экраны обычно использовались в качестве табло для демонстрации алфавитно-цифровой и графической информации. Проблема принципиально решается на физическом уровне путем нанесения на разрядные электроды диэлектрического защитного покрытия.
В современных плазменных дисплеях, используемых в качестве мониторов для компьютера используется так называемая технология - plasmavision - это множество ячеек, иначе говоря пикселей, которые состоят из трех субпикселей, передающих цвета - красный, зеленый и синий. Газ в плазменном состоянии используется, чтобы реагировать с фосфором в каждом субпикселе, чтобы произвести цветной цвет (красный, зеленый или синий). Каждый субпиксел индивидуально управляется электроникой и производит более чем 16 миллионов различных цветов. В современных моделях каждая отдельная точка красного, синего или зелёного цвета может светиться с одним из 256 уровней яркости, что при перемножении даёт около 16,7 миллионов оттенков комбинированного цветного пикселя. На компьютерном жаргоне такая глубина цвета называется “True Color” и считается вполне достаточной для передачи изображения фотографического качества.
Говоря о функциональных возможностях плазменного монитора можно сказать, что экран обладает следующими функциональными преимуществами:
Широкий угол обзора как по горизонтали, так и по вертикали (160° градусов и более).
Очень малое время отклика (4 мкс по каждой строке).
Высокая чистота цвета, эквивалентная чистоте трех первичных цветов ЭЛТ.
Простота производства крупноформатных панелей, недостижимая при тонкопленочном технологическом процессе.
Малая толщина (газоразрядная панель имеет толщину около одного сантиметра или менее, а управляющая электроника добавляет еще несколько сантиметров).
Компактность (глубина не превышает 10 - 15 см) и легкость при достаточно больших размерах экрана (40 - 50 дюймов).
Высокую скорость обновления (примерно в пять раз лучше, чем у ЖК-панели).
Отсутствие мерцаний, и смазывания движущихся объектов, возникающих при цифровой обработке.
Высокая яркость, контрастность и четкость при отсутствии геометрических искажений изображения.
Широкий температурный диапазон.
Отсутствие проблем сведения электронных лучей и их фокусировки присуще всем плоскопанельным дисплеям.
Отсутствие неравномерности яркости по полю экрана.
100-процентное использование площади экрана под изображение.
Отсутствие рентгеновского и других вредных для здоровья излучений, поскольку не используются высокие напряжения.
Невосприимчивость к воздействию магнитных полей.
Отсутствие необходимости в юстировке изображения.
Механическая прочность.
Широкий температурный дипазон.
Небольшое время отклика позволяет использовать их для отображения видео- и телесигнала.
Более высокая надежность.
Все это делает плазменные дисплеи очень привлекательными для использования. Однако, к числу недостатков можно отнести ограниченную разрешающую способность большинства существующих плазменных мониторов, которая не превышает 640х480 пикселей. Исключение составляет модели PDP-V501MX и 502MX фирмы Pioneer. Обеспечивая реальное разрешение 1280х768 пиксел, данный дисплей имеет максимальный на сегодняшний день размер экрана 50 дюймов по диагонали (110х62 см) и хороший показатель по яркости (350 Nit), за счет новой технологии формирования ячеек, и улучшенный контраст. К недостаткам плазменных дисплеев также можно отнести невозможность "сшивания" нескольких дисплеев в "видеостену" с приемлемым зазором из-за наличия широкой рамки по периметру экрана.
Тот факт, что размер коммерческих плазменных панелей обычно начинается с сорока дюймов, свидетельствует о том, что производство дисплеев меньшего размера экономически нецелесообразно, поэтому мы не видим плазменные панели, скажем, в портативных компьютерах. Это предположение подкрепляется и другим фактом: уровень энергопотребления таких мониторов подразумевает подключение их к сети и не оставляет никакой возможности работы от аккумуляторов. Еще один неприятный эффект, известный специалистам, - это интерференция, "перекрывание" микроразрядов в соседних элементах экрана. В результате подобного "смешивания" качество изображения, естественно, ухудшается.
Также к недостаткам плазменных дисплеев следует отнести то, что например средняя яркость белого цвета плазменных дисплеев составляет на настоящий момент порядка 300 кд/м2 у всех основных производителей.
В мониторе на основе электронно-лучевой трубки точки изображения отображаются с помощью луча (потока электронов), который заставляет светиться поверхность экрана, покрытую люминофором. Луч обегает экран построчно, слева направо и сверху вниз. Полный цикл отображения картинки называют «кадром». Чем быстрее монитор отображает и перерисовывает кадры, тем более устойчивой кажется картинка, меньше заметно мерцание и меньше устают наши глаза.
Устройство ЭЛТ-монитора. 1 -Электронные пушки. 2 - Электронные лучи. 3 - Фокусирующая катушка. 4 - Отклоняющие катушки. 5 - Анод. 6 - Маска, благодаря которой красный луч попадает на красный люминофор, и т. д. 7 - Красные, зелёные и синие зёрна люминофора. 8 - Маска и зёрна люминофора (увеличенно).
ЖК
Жидкокристаллические дисплеи были разработаны в 1963 году в исследовательском центре Дэвида Сарнова компании RCA (Принстон, штат Нью-Джерси).
Устройство
Конструктивно дисплей состоит из ЖК-матрицы (стеклянной пластины, между слоями которой и располагаются жидкие кристаллы), источников света для подсветки, контактного жгута и обрамления (корпуса), чаще пластикового, с металлической рамкой жёсткости.
Каждый пиксель ЖК-матрицы состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. Если бы жидких кристаллов не было, то свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокировался бы вторым фильтром.
Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света, ячейку можно считать прозрачной.
Если же к электродам приложено напряжение, то молекулы стремятся выстроиться в направлении электрического поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности.
Если постоянное напряжение приложено в течение долгого времени, жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (так как изменение прозрачности происходит при включении тока, вне зависимости от его полярности).
Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам.
Проходящий через ячейки свет может быть естественным - отражённым от подложки (в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света, кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения.
Таким образом, полноценный монитор с ЖК-дисплеем состоит из высокоточной электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса с элементами управления. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.
Подсветка
Сами по себе жидкие кристаллы не светятся. Чтобы изображение на жидкокристаллическом дисплее были видимым, нужен источник света. Источник может быть внешним (например, Солнце), либо встроенным (подсветка). Обычно лампы встроенной подсветки располагаются позади слоя жидких кристаллов и просвечивают его насквозь (хотя встречается и боковая подсветка, например, в часах).
- Внешнее освещение
- Подсветка лампами накаливания В прошлом в некоторых наручных часах с монохромным ЖК-дисплеем использовалась сверхминиатюрная лампа накаливания. Но из-за высокого энергопотребления лампы накаливания являются невыгодными. Кроме того, они не подходят для использования, например, в телевизорах, так как выделяют много тепла (перегрев вреден для жидких кристаллов) и часто перегорают.
- Подсветка газоразрядными ("плазменными") лампами В течение первого десятилетия XXI века подавляющее большинство LCD-дисплеев имело подсветку из одной или нескольких газоразрядных ламп (чаще всего с холодным катодом - CCFL). В этих лампах источником света является плазма, возникающая при электрическом разряде через газ. Такие дисплеи не следует путать с плазменными дисплеями, в которых каждый пиксель сам светится и является миниатюрной газоразрядной лампой.
- Светодиодная (LED) подветка На границе первого и второго десятилетий XXI века получили распространение ЖК-дисплеи, имеющие подсветку из одного или небольшого числа светодиодов (LED). Такие ЖК-дисплеи (в торговле нередко называемые LED-дисплеями) не следует путать с настоящими LED-дисплеями, в которых каждый пиксель сам светится и является миниатюрным светодиодом.
Монохромные дисплеи наручных часов и мобильных телефонов большую часть времени использует внешнее освещение (от Солнца, ламп комнатного освещения и т.д.). Обычно позади слоя пикселей из жидких кристаллов находится зеркальный или матовый отражающий слой. Для использования в темноте такие дисплеи снабжаются боковой подсветкой. Существуют также трансфлективные дисплеи, в которых отражающий (зеркальный) слой является полупрозрачным, а лампы подсветки располагаются позади него.
Преимущества и недостатки
В настоящее время ЖК-мониторы являются основным, бурно развивающимся направлением в технологии мониторов. К их преимуществам можно отнести: малые размер и масса в сравнении с ЭЛТ. У ЖК-мониторов, в отличие от ЭЛТ, нет видимого мерцания, дефектов фокусировки лучей, помех от магнитных полей, проблем с геометрией изображения и четкостью. Энергопотребление ЖК-мониторов в зависимости от модели, настроек и выводимого изображения может как совпадать с потреблением ЭЛТ и плазменных экранов сравнимых размеров, так и быть существенно - до пяти раз - ниже. Энергопотребление ЖК-мониторов на 95 % определяется мощностью ламп подсветки или светодиодной матрицы подсветки (англ. backlight - задний свет) ЖК-матрицы. Во многих мониторах 2007 года для настройки пользователем яркости свечения экрана используется широтно-импульсная модуляция ламп подсветки частотой от 150 до 400 и более герц.
С другой стороны, ЖК-мониторы имеют и некоторые недостатки, часто принципиально трудноустранимые, например:
- В отличие от ЭЛТ, могут отображать чёткое изображение лишь в одном («штатном») разрешении. Остальные достигаются интерполяцией с потерей чёткости. Причем слишком низкие разрешения (например 320*200) вообще не могут быть отображены на многих мониторах.
- Многие из ЖК-мониторов имеют сравнительно малый контраст и глубину чёрного цвета. Повышение фактического контраста часто связано с простым усилением яркости подсветки, вплоть до некомфортных значений. Широко применяемое глянцевое покрытие матрицы влияет лишь на субъективную контрастность в условиях внешнего освещения.
- Из-за жёстких требований к постоянной толщине матриц существует проблема неравномерности однородного цвета (неравномерность подсветки) - на некоторых мониторах есть неустранимая неравномерность передачи яркости (полосы в градиентах), связанная с использованием блоков линейных ртутных ламп.
- Фактическая скорость смены изображения также остаётся ниже, чем у ЭЛТ и плазменных дисплеев. Технология overdrive решает проблему скорости лишь частично.
- Зависимость контраста от угла обзора до сих пор остаётся существенным минусом технологии.
- Массово производимые ЖК-мониторы плохо защищены от повреждений. Особенно чувствительна матрица, незащищённая стеклом. При сильном нажатии возможна необратимая деградация. Также существует проблема дефектных пикселей. Предельно допустимое количество дефектных пикселей, в зависимости от размеров экрана, определяется в международном стандарте ISO 13406-2 (в России - ГОСТ Р 52324-2005). Стандарт определяет 4 класса качества ЖК-мониторов. Самый высокий класс - 1, вообще не допускает наличия дефектных пикселей. Самый низкий - 4, допускает наличие до 262 дефектных пикселей на 1 миллион работающих.
- Пиксели ЖК-мониторов деградируют, хотя скорость деградации наименьшая из всех технологий отображения, за исключением лазерных дисплеев, не подверженных ей.
Плазменная панель представляет собой матрицу газонаполненных ячеек, заключенных 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.
Для создания органических светодиодов (OLED) используются тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких полимеров. При подаче на анод положительного относительно катода напряжения, поток электронов протекает через прибор от катода к аноду. Таким образом катод отдает электроны в эмиссионный слой, а анод забирает электроны из проводящего слоя, или другими словами анод отдает дырки в проводящий слой. Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Это происходит ближе к эмиссионному слою, потому что в органических полупроводниках дырки обладают большей подвижностью, чем электроны. При рекомбинации происходит понижение энергии электрона, которое сопровождается испусканием (эмиссией) электромагнитного излучения в области видимого света. Поэтому слой и называется эмиссионным.
Прибор не работает при подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения. В этом случае дырки движутся к аноду, а электроны в противоположном направлении к катоду, и рекомбинации не происходит.
В качестве материала анода обычно используется оксид индия, легированный оловом. Он прозрачный для видимого света и имеет высокую работу выхода, которая способствует инжекции дырок в полимерный слой. Для изготовления катода часто используют металлы, такие как алюминий и кальций, так как они обладают низкой работой выхода, способствующей инжекции электронов в полимерный слой.
Проектор - световой прибор, перераспределяющий свет лампы с концентрацией светового потока на поверхности малого размера или в малом объёме. Проекторы являются в основном оптико-механическими или оптическо-цифровыми приборами, позволяющими при помощи источника света проецировать изображения объектов на поверхность, расположенную вне прибора - экран.
В паре с компьютером используется именно мультимедийный проектор (также используется термин «Цифровой проектор»).На вход устройства подаётся видеосигнал в реальном времени (аналоговый или цифровой). Устройство проецирует изображение на экран. Возможно при этом наличие звукового канала.
Говоря о проекторах, стоит упомянуть так назыввемый пико-проектор. Это проектор небольшого, карманного размера. Часто выполнен в форм-факторе сотового телефона и имеет аналогичный размер. Термин «пико-проектор» также может означать миниатюрный проектор, встроенный в фотокамеру, мобильный телефон, PDA и другую мобильную технику.
Анаглифический метод
(анаглиф – по-гречески «рельефный»). На ранних этапах 3D-кинематографа в прокат выпускались только черно-белые 3D-фильмы. В каждом соответствующим образом оснащенном кинотеатре для их показа использовались два кинопроектора. Один проецировал фильм через красный фильтр, другой выводил на экран слегка смещенные по горизонтали кинокадры, пропуская их через зеленый фильтр. Посетители надевали легкие картонные очки, в которые вместо стекол были уcтановлены кусочки красной и зеленой прозрачной пленки, благодаря чему каждый глаз видел только нужную часть изображения, а зрители воспринимали «объемную» картинку. Однако оба кинопроектора при этом должны быть направлены строго на экран и работать абсолютно синхронно. В противном случае неизбежно раздвоение изображения и, как следствие, головные боли вместо удовольствия от просмотра – у зрителей.
Затворный метод.
Оптимален для просмотра цветных фильмов. В отличие от анаглифического этот метод предусматривает попеременную демонстрацию проектором изображений, предназначенных для левого и правого глаза. Благодаря тому, что чередование изображений осуществляется с высокой частотой – от 30 до 100 раз в секунду – мозг выстраивает целостную пространственную картину и зритель видит на экране цельное трехмерное изображение. Ранее данный метод назывался NuVision, в настоящее время он чаще именуется XpanD.
Поляризационный метод.
В сфере кино данное решение носит название RealD. Его суть в том, что проектор попеременно демонстрирует кинокадры, в которых световые волны имеют разное направление поляризации светового потока. В необходимых для просмотра специальных очках установлены фильтры, пропускающие только световые волны, поляризованные определенным образом. Так оба глаза получают изображения с различной информацией, на основании которой мозг формирует объемную картинку.
А вот о выпуске 3D-телевизоров, работающих в тандеме с очками, на международной выставке IFA 2009 объявили сразу несколько производителей. К примеру, Panasonic намерен уже к середине 2010 года выпустить модели телевизоров с поддержкой 3D, так же, как Sony и Loewe, делая ставку на затворный метод. Компании JVC, Philips и Toshiba также стремятся взойти на «3D-подиум», однако они отдают предпочтение поляризационному методу. LG и Samsung разрабатывают свои устройства на основе обеих технологий.
Однако данные устройства обладали целым рядом недостатков, которые отпугивали большинство покупателей. Кибершлем фирмы Forte, появившийся в середине 90-х, был громоздким, неэффективным и напоминал средневековое орудие пытки. Скромного разрешения в 640х480 точек для компьютерных программ и игр было явно недостаточно. И хотя позднее были выпущены более совершенные очки, к примеру модель LDI-D 100 фирмы Sony, но даже они были достаточно тяжелыми и вызывали сильный дискомфорт.На лицевой стороне экрана и адресными электродами, проходящими по его задней стороне. Газовый разряд вызывает ультрафиолетовое излучение , которое, в свою очередь, инициирует видимое свечение люминофора. В цветных плазменных панелях каждый пиксель экрана состоит из трёх идентичных микроскопических полостей, содержащих инертный газ (ксенон) и имеющих два электрода, спереди и сзади. После того, как к электродам будет приложено сильное напряжение, плазма начнёт перемещаться. При этом она излучает ультрафиолетовый свет, который попадает на люминофоры в нижней части каждой полости. Люминофоры излучают один из основных цветов: красный, зелёный или синий. Затем цветной свет проходит через стекло и попадает в глаз зрителя. Таким образом, в плазменной технологии пиксели работают, подобно люминесцентным трубкам, но создание панелей из них довольно проблематично. Первая трудность - размер пикселя. Суб-пиксель плазменной панели имеет объём 200 мкм x 200 мкм x 100 мкм, а на панели нужно уложить несколько миллионов пикселей, один к одному. Во-вторых, передний электрод должен быть максимально прозрачным. Для этой цели используется оксид индия и олова, поскольку он проводит ток и прозрачен. К сожалению, плазменные панели могут быть такими большими, а слой оксида настолько тонким, что при протекании больших токов на сопротивлении проводников будет падение напряжения, которое сильно уменьшит и исказит сигналы. Поэтому приходится добавлять промежуточные соединительные проводники из хрома - он проводит ток намного лучше, но, к сожалению, непрозрачен.
Наконец, требуется подобрать правильные люминофоры. Они зависят от требуемого цвета:
- Зелёный: Zn 2 SiO 4:Mn 2+ / BaAl 12 O 19:Mn 2+
- Красный: Y 2 O 3:Eu 3+ / Y0,65Gd 0,35 BO 3:Eu 3
- Синий: BaMgAl 10 O 17:Eu 2+
Три этих люминофора дают свет с длиной волны между 510 и 525 нм для зелёного, 610 нм для красного и 450 нм для синего. Последней проблемой остаётся адресация пикселей, поскольку, как мы уже видели, чтобы получить требуемый оттенок нужно менять интенсивность цвета независимо для каждого из трёх суб-пикселей. На плазменной панели 1280x768 пикселей присутствует примерно три миллиона суб-пикселей, что даёт шесть миллионов электродов. Как вы понимаете, проложить шесть миллионов дорожек для независимого управления суб-пикселями невозможно, поэтому дорожки необходимо мультиплексировать. Передние дорожки обычно выстраивают в цельные строчки, а задние - в столбцы. Встроенная в плазменную панель электроника с помощью матрицы дорожек выбирает пиксель, который необходимо зажечь на панели. Операция происходит очень быстро, поэтому пользователь ничего не замечает, - подобно сканированию лучом на ЭЛТ-мониторах.
Немного истории.
Первый прототип плазменного дисплея появился в 1964 году. Его сконструировали ученые Иллинойского университета Битцер и Слоттоу как альтернативу кинескопному экрану для компьютерной системы Plato. Дисплей этот был монохромным, не требовал дополнительной памяти и сложных электронных схем и отличался высокой надежностью. Его предназначением было в основном индицировать буквы и цифры. Однако в качестве компьютерного монитора он так и не успел, как следует реализоваться, поскольку благодаря полупроводниковой памяти, появившейся в конце 70-х, кинескопные мониторы оказались дешевле в производстве. Зато плазменные панели благодаря малой глубине корпуса и большому экрану получили распространение в качестве информационных табло в аэропортах, вокзалах и на биржах. Информационными панелями плотную занялась компания IBM, а в 1987 году бывший студент Битцера, доктор Лэрри Вебер, основал компанию Plasmaco, которая занялась производством монохромных плазменных дисплеев. Первый же цветной плазменный дисплей 21" был представлен фирмой Fujitsu в 1992 году. Разрабатывался он совместно с конструкторским бюро Иллинойского университета и компанией NHK. А в 1996 Fujitsu покупает компанию Plasmaco со всеми ее технологиями и заводом, и выбрасывает на рынок первую коммерчески успешную панель плазмы – Plasmavision с экраном разрешения 852 х480 диагональю 42" с прогрессивной разверткой. Началась продажа лицензий другим производителям, первым среди которых стал Pioneer. Впоследствии, активно развивая плазменную технологию, Pioneer, пожалуй, больше всех остальных преуспел на плазменном поприще, создав целый ряд великолепных моделей плазмы.
При всем ошеломляющем коммерческом успехе плазменных панелей качество изображения поначалу было, мягко сказать, удручающим. Стоили же они баснословных денег, но быстро завоевали аудиторию благодаря тому, что выгодно отличались от кинескопных монстров плоским корпусом, дававшим возможность повесить телевизор на стену, и размерами экрана: 42 дюйма по диагонали против 32 (максимум для кинескопных телевизоров). В чем же был основной дефект первых плазменных мониторов? Дело в том, что при всей красочности картинки они совершенно не справлялись с плавными цветовыми и яркостными переходами: последние распадались на ступеньки с рваными краями, что на подвижном изображении выглядело вдвойне ужасно. Оставалось только гадать, отчего возникал данный эффект, о котором, как будто сговорившись, ни слова не писали средства массовой информации, превозносившие новые плоские дисплеи. Однако лет через пять, когда сменилось несколько поколений плазмы, ступеньки стали встречаться все реже, да и по другим показателям качество изображения стало стремительно расти. К тому же помимо 42-дюймовых появились панели 50" и 61". Постепенно росло и разрешение, и где-то на этапе перехода к 1024 х 720 плазменные дисплеи были, что называется, в самом соку. Совсем же недавно плазма успешно переступила новый порог качества, войдя в привилегированный круг устройств Full HD. В настоящее время наиболее популярными являются размеры экрана 42 и 50 дюймов по диагонали. В придачу к стандартному 61" появился размер 65", а также рекордный 103". Впрочем, настоящий рекорд только грядет: компания Matsushita (Panasonic) недавно анонсировала панель 150"! Но это, как и модели 103" (кстати, на основе панелей Panasonic плазмы такого же размера производит известная американская компания Runco), штука неподъемная как в прямом, так и в еще более прямом смысле (вес, цена).
Технологи плазменных панелей.
Просто о сложном.
Вес был упомянут неспроста: плазменные панели очень много весят, особенно модели больших размеров. Это является следствием того, что плазменная панель в основном состоит из стекла, если не считать металлическое шасси и пластиковый корпус. Стекло здесь необходимо и незаменимо: оно останавливает вредное ультрафиолетовое излучение. По этой же причине никто не производит люминесцентные лампы из пластика, только из стекла.
Вся конструкция плазменного экрана - это два листа стекла, между которыми находится ячеистая структура пикселей, состоящих из триад субпикселей - красных, зеленых и голубых. Ячейки заполнены инертными, т. н. «благородными» газами - смесью неона, ксенона, аргона. Проходящий через газ электрический ток заставляет его светиться. По сути, плазменная панель представляет собой матрицу из крошечных флуоресцентных ламп, управляемых при помощи встроенного компьютера панели. Каждый пиксель-ячейка является своеобразным конденсатором с электродами. Электрический разряд ионизирует газы, превращая их в плазму - т. е. электрически нейтральную, высокоионизированную субстанцию, состоящую из электронов, ионов и нейтральных частиц. На самом деле каждый пиксель делится на три субпикселя, содержащих красный(R), зеленый(G) либо синий(B) люминофор: Зелёный: Zn2SiO4:Mn2+ / BaAl12O19:Mn2+ Красный: Y2O3:Eu3+ / Y0,65Gd0,35BO3:Eu3 Синий: BaMgAl10O17:Eu2+ Три этих люминофора дают свет с длиной волны между 510 и 525 нм для зелёного, 610 нм для красного и 450 нм для синего. Фактически вертикальные ряды R, G и B просто поделены на отдельные ячейки горизонтальными перетяжками, что делает структуру экрана очень похожей на масочный кинескоп обычного телевизора. Сходство с последним еще и в том, что здесь используется тот же цветной фосфор, которым покрыты изнутри ячейки субпикселей. Только поджог фосфорного люминофора осуществляется не электронным лучом, как в кинескопе, а ультрафиолетовым излучением. Для создания разнообразных оттенков цветов интенсивность свечения каждого субпикселя контролируется независимо. В кинескопных телевизорах это делается путем изменения интенсивности потока электронов, в `плазме` - при помощи 8-битной импульсной кодовой модуляции. Общее число цветовых комбинаций в этом случае достигает 16,777,216 оттенков.
Как получается свет. Основа каждой плазменной панели - это собственно плазма, т. е. газ, состоящий из ионов (электрически заряженных атомов) и электронов (отрицательно заряженных частиц). В нормальных условиях газ состоит из электрически нейтральных, т. е. не имеющих заряда частиц.
Если ввести в газ большое число свободных электронов, пропустив через него электрический ток, ситуация меняется радикально. Свободные электроны сталкиваются с атомами, `выбивая` все новые и новые электроны. Без электрона меняется баланс, атом приобретает положительный заряд и превращается в ион.
Когда электрический ток проходит через образовавшуюся плазму, отрицательно и положительно заряженные частицы стремятся друг к другу.
Среди всего этого хаоса частицы постоянно сталкиваются. Столкновения `возбуждают` атомы газа в плазме, заставляя их высвобождать энергию в виде фотонов в ультрафиолетовом спектре.
При попадании фотонов на люминофор, частицы последнего возбуждаются, испускают свои собственные фотоны, но они уже окажутся видимы и приобретут форму световых лучей.
Между стеклянными стенками располагаются сотни тысяч ячеек, покрытых люминофором, который светится красным, зеленым и голубым светом. Под видимой стеклянной поверхностью - по всему экрану - расположены длинные, прозрачные дисплейные электроды, изолированные сверху листом диэлектрика, а снизу слоем оксида магния (MgO).
Чтобы процесс был стабильным и управляемым, необходимо обеспечить достаточное количество свободных электронов в толще газа плюс достаточно высокое напряжение (порядка 200 В), которое заставит ионный и электронные потоки двигаться навстречу друг другу.
А чтобы ионизация происходила мгновенно, помимо управляющих импульсов на электродах присутствует остаточный заряд. К электродам управляющие сигналы подводятся по горизонтальным и вертикальным проводникам, образующим адресную сетку. Причем вертикальные (дисплейные) проводники представляют собой токопроводящие дорожки на внутренней поверхности защитного стекла с передней стороны. Они прозрачны (слой окиси олова с примесью индия). Горизонтальные же (адресные) металлические проводники располагаются с тыльной стороны ячеек.
Ток течет от дисплейных электродов (катодов) к анодным пластинкам, повернутым под углом 90 градусов относительно дисплейных электродов. Защитный слой служит для исключения прямого контакта с анодом.
Под дисплейными электродами располагаются уже упомянутые нами ячейки пикселей RGB, выполненные в форме крохотных коробочек, изнутри покрытых цветным люминофором (каждая „цветная“ коробочка - красная, зеленая или голубая - называется подпикселем). Под ячейками находится конструкция из адресных электродов, расположенных под углом 90 градусов к дисплейным электродам и проходящих через соответствующие цветные подпиксели. Следом располагается защитный для адресных электродов уровень, закрытый задним стеклом.
Прежде, чем плазменный дисплей будет запаян, в пространство между ячейками впрыскивается под низким давлением смесь двух инертных газов - ксенона и неона. Для ионизации конкретной ячейки создается разность напряжений между дисплейным и адресным электродами, расположенными друг напротив друга выше и ниже ячейки.
Немного реалий.
На самом деле структура реальных плазменных экранов гораздо сложнее, да и физика процесса совсем не так проста. Помимо описанной выше матричной сетки существует и другая разновидность - сопараллельная, предусматривающая дополнительный горизонтальный проводник. Кроме этого, тончайшие металлические дорожки дублируют для выравнивания потенциала последних по всей длине, которая довольно значительна (1 м и более). Поверхность электродов покрыта слоем окиси магния, который выполняет изолирующую функцию и одновременно обеспечивает вторичную эмиссию при бомбардировке положительными ионами газа. Существуют и различные типы геометрии пиксельных рядов: простая и «вафельная» (ячейки разделены двойными вертикальными стенками и горизонтальными перемычками). Прозрачные электроды могут выполняться в форме двойного Т или меандра, когда они как бы переплетаются с адресными, хотя и находятся в разных плоскостях. Существует множество и других технологических хитростей, направленных на повышение эффективности плазменных экранов, которая изначально была довольно низкой. С этой же целью производители варьируют газовый состав ячеек, в частности, увеличивают процентное содержание ксенона с 2 до 10%. Кстати, газовая смесь в ионизированном состоянии слегка светится и сама по себе, поэтому, дабы устранить загрязнение спектра люминофоров этим свечением, в каждой ячейке устанавливают миниатюрные светофильтры.
Управление сигналом.
Последней проблемой остаётся адресация пикселей, поскольку, как мы уже видели, чтобы получить требуемый оттенок нужно менять интенсивность цвета независимо для каждого из трёх субпикселей. На плазменной панели 1280x768 пикселей присутствует примерно три миллиона субпикселей, что даёт шесть миллионов электродов. Как вы понимаете, проложить шесть миллионов дорожек для независимого управления субпикселями невозможно, поэтому дорожки необходимо мультиплексировать. Передние дорожки обычно выстраивают в цельные строчки, а задние - в столбцы. Встроенная в плазменную панель электроника с помощью матрицы дорожек выбирает пиксель, который необходимо зажечь на панели. Операция происходит очень быстро, поэтому пользователь ничего не замечает, - подобно сканированию лучом на ЭЛТ-мониторах. Управление пикселями осуществляется с помощью трех типов импульсов: стартовых, поддерживающих и гасящих. Частота - порядка 100 кГц, хотя известны идеи дополнительной модуляции управляющих импульсов радиочастотами (40 МГц), что обеспечит более равномерную плотность разряда в толще газа.
По сути, управление свечением пикселей носит характер дискретной широтно-импульсной модуляции: пикселей светятся ровно столько, сколько длится поддерживающий импульс. Длительность же его при 8-битной кодировке может принимать 128 дискретных значений, соответственно, получается такое же количество градаций яркости. Уж не в этом ли была причина рваных градиентов, распадающихся на ступеньки? Плазма более поздних поколений постепенно наращивала разрешение: 10, 12, 14 бит. Последние модели Runco, относящиеся к категории Full HD, используют 16-битную обработку сигнала (вероятно, и кодировку также). Так или иначе, ступеньки исчезли и больше, будем надеяться, не появятся.
Помимо самой панели.
Постепенно совершенствовалась не только сама панель, но и алгоритмы обработки сигнала: масштабирования, прогрессивного преобразования, компенсации движений, подавления шумов, оптимизации цветосинтеза и пр. У каждого производителя плазмы появился свой набор технологий, частично дублирующий чужие под другими названиями, но частично и свои. Так, почти все использовали алгоритмы масштабирования и адаптивного прогрессивного преобразования DCDi Faroudja, в то время как некоторые заказывали оригинальные разработки (например, Vivix у Runco, Advanced Video Movement у Fujitsu, Dynamic HD Converter у Pioneer и т. д.). В целях повышения контрастности вносились коррективы в структуру управляющих импульсов и напряжений. Для увеличения яркости в форму ячеек вводились дополнительные перемычки для увеличения покрытой люминофором поверхности и снижения засветки соседних пикселей (Pioneer). Постепенно росла роль «интеллектуальных» алгоритмов обработки: вводилась покадровая оптимизация яркости, система динамического контраста, продвинутые технологии цветосинтеза. Корректировки в исходный сигнал вносились не только исходя из характеристик самого сигнала (насколько темным или светлым являлся текущий сюжет или насколько быстро движутся объекты), но и из уровня внешней освещенности, который отслеживался с помощью встроенного фотосенсора. С помощью продвинутых алгоритмов обработки удалось достичь просто фантастических успехов. Так, компания Fujitsu путем интерполяционного алгоритма и соответствующих доработок процесса модуляции добилась увеличения количества градаций цвета в темных фрагментах до 1019, что намного превышает собственные возможности экрана при традиционном подходе и соответствует чувствительности человеческого зрительного аппарата (технология Low Brightness Multi Gradation Processing). Эта же компания разработала метод раздельной модуляции четных и нечетных управляющих горизонтальных электродов (ALIS), который затем использовался в моделях Hitachi, Loewe и др. Метод давал повышенную четкость и уменьшал зубчатость наклонных контуров даже без дополнительной обработки, в связи, с чем в спецификациях использовавших его моделей плазмы появился необычный показатель разрешения 1024 × 1024. Такое разрешение, конечно, являлось виртуальным, но эффект оказался весьма впечатляющим.
Достоинства и недостатки.
Плазма - это дисплей, который, подобно кинескопному телевизору, не использует светоклапаны, а излучает уже модулированный свет непосредственно фосфорными триадами. Это в определенной степени роднит плазму с электронно-лучевыми трубками, столь привычными и доказавшими свою состоятельность на протяжении нескольких десятилетий.
У плазмы заметно более широкий охват цветового пространства, что также объясняется спецификой цветосинтеза, который формируется «активными» фосфорными элементами, а не путем пропускания светового потока лампы через светофильтры и светоклапаны.
Кроме того, ресурс плазмы около 60000 часов.
Итак, плазменные телевизоры это:
Большой размер экрана + компактность + отсутствие элемента мерцания; - Высокая четкость изображение; - Плоский экран, не имеющий геометрических искажений; - Угол обзора 160 градусов по всем направлениям; - Механизм не подверженный влиянию магнитных полей; - Высокие разрешение и яркость изображения; - Наличие компьютерных входов; - Формат кадра 16:9 и наличие режима прогрессивная развертка.
В зависимости от ритма пульсации тока, который пропускается через ячейки, интенсивность свечения каждого субпикселя, контроль над которым осуществлялся независимо, будет разной. Увеличивая или уменьшая интенсивность свечения, можно создавать разнообразные цветовые оттенки. Благодаря такому принципу работы плазменной панели удаётся получить высокое качество изображения без цветовых и геометрических искажений. Слабой стороной является относительно низкая контрастность. Это связано с тем, что на ячейки постоянно должен подаваться ток низкого напряжения. В противном случае время отклика пикселей (их загорание и затухание) будет увеличено, что недопустимо.
Теперь о недостатках.
Передний электрод должен быть максимально прозрачным. Для этой цели используется оксид индия и олова, поскольку он проводит ток и прозрачен. К сожалению, плазменные панели могут быть такими большими, а слой оксида настолько тонким, что при протекании больших токов на сопротивлении проводников будет падение напряжения, которое сильно уменьшит и исказит сигналы. Поэтому приходится добавлять промежуточные соединительные проводники из хрома - он проводит ток намного лучше, но, к сожалению, непрозрачен. Боится плазма и не очень деликатной транспортировки. Потребление электроэнергии весьма значительное, хотя в последних поколениях его удалось существенно снизить, заодно исключив и шумные вентиляторы охлаждения.
Плазменные дисплеи (PDP)
Плазменные панели в настоящее время наряду с ЖК-телевизорами царствуют на рынке плоскопанельных дисплеев, практически полностью вытеснив кинескопные и проекционные телевизоры. Неудивительно: при толщине корпуса в несколько сантиметров эти «живые картины» гораздо удобнее и легко вписываются в интерьер. И, если ЖК-телевизоры пока что только набирают темпы развития, плазма, пройдя долгий путь в 15 лет, похоже, достигла пика. На горизонте появляется еще одна конкурирующая технология плоских дисплеев – OLED (органические светодиодные дисплеи), которая, по логике вещей, рано или поздно безжалостно похоронит как плазму, так и ЖК. Иногда появляется информация о еще одной прогрессивной технологии, обещающей немыслимый прорыв в качестве изображения – поверхностных катодах. Это направление берет начало в области нанотехнологий и использует эффект туннельного перехода. Не исключено, что за ним будущее, хотя со светодиодами все было бы гораздо проще: понятная, простая до смешного конструкция матриц, колоссальный ресурс. Наверняка рано или поздно плазма сойдет со сцены, но как скоро это произойдет, не знает никто. Поэтому плазма пока что сохраняет свою актуальность как наиболее высококачественный дисплей, пригодный не только на роль «дежурного» телевизора для беглого просмотра новостей и спортивных трансляций, но и для домашнего кинотеатра относительно скромных масштабов.
История плазменных дисплеев
Первый прототип плазменного дисплея появился в 1964 году. Его сконструировали ученые Иллинойского университета Битцер и Слоттоу как альтернативу кинескопному экрану для компьютерной системы Plato. Дисплей этот был монохромным, не требовал дополнительной памяти и сложных электронных схем и отличался высокой надежностью. Его предназначением было в основном индицировать буквы и цифры. Однако в качестве компьютерного монитора он так и не успел как следует реализоваться, поскольку благодаря полупроводниковой памяти, появившейся в конце 70-х, кинескопные мониторы оказались дешевле в производстве. Зато плазменные панели благодаря малой глубине корпуса и большому экрану получили распространение в качестве информационных табло в аэропортах, вокзалах и на биржах. Информационными панелями плотную занялась компания IBM, а в 1987 году бывший студент Битцера, доктор Лэрри Вебер, основал компанию Plasmaco, которая занялась производством монохромных плазменных дисплеев. Первый же цветной плазменный дисплей 21" был представлен фирмой Fujitsu в 1992 году. Разрабатывался он совместно с конструкторским бюро Иллинойского университета и компанией NHK. А в 1996 Fujitsu покупает компанию Plasmaco со всеми ее технологиями и заводом, и выбрасывает на рынок первую коммерчески успешную панель плазмы – Plasmavision с экраном разрешения 852 х 480 диагональю 42" с прогрессивной разверткой. Началась продажа лицензий другим производителям, первым среди которых стал Pioneer. Впоследствии, активно развивая плазменную технологию, Pioneer, пожалуй, больше всех остальных преуспел на плазменном поприще, создав целый ряд великолепных моделей плазмы.
Надо сказать, что если первые монохромные прототипы были похожи на современную плазму не более, чем шимпанзе на современного человека, то и цветные плазменные панели первых поколений не поднялись выше уровня питекантропа. При всем ошеломляющем коммерческом успехе плазменных панелей качество изображения поначалу было, мягко сказать, удручающим. Стоили же они баснословных денег, но быстро завоевали аудиторию благодаря тому, что выгодно отличались от кинескопных монстров плоским корпусом, дававшим возможность повесить телевизор на стену, и размерами экрана: 42 дюйма по диагонали против 32 (максимум для кинескопных телевизоров). В чем же был основной дефект первых плазменных мониторов? Дело в том, что при всей красочности картинки они совершенно не справлялись с плавными цветовыми и яркостными переходами: последние распадались на ступеньки с рваными краями, что на подвижном изображении выглядело вдвойне ужасно. Оставалось только гадать, отчего возникал данный эффект, о котором, как будто сговорившись, ни слова не писали средства массовой информации, превозносившие новые плоские дисплеи. Однако лет через пять, когда сменилось несколько поколений плазмы, ступеньки стали встречаться все реже, да и по другим показателям качество изображения стало стремительно расти. К тому же помимо 42-дюймовых появились панели 50" и 61". Постепенно росло и разрешение, и где-то на этапе перехода к 1024 х 720 плазменные дисплеи были, что называется, в самом соку. Совсем же недавно плазма успешно переступила новый порог качества, войдя в привилегированный круг устройств Full HD. В настоящее время наиболее популярными являются размеры экрана 42 и 50 дюймов по диагонали. В придачу к стандартному 61" появился размер 65", а также рекордный 103". Впрочем, настоящий рекорд только грядет: компания Matsushita (Panasonic) недавно анонсировала панель 150"! Но это, как и модели 103" (кстати, на основе панелей Panasonic плазмы такого же размера производит известная американская компания Runco), штука неподъемная как в прямом, так и в еще более прямом смысле (вес, цена).
Технология плазмы
Вес был упомянут неспроста: плазменные панели очень много весят, особенно модели больших размеров. Это является следствием того, что плазменная панель в основном состоит из стекла, если не считать металлическое шасси и пластиковый корпус. Стекло здесь необходимо и незаменимо: оно останавливает вредное ультрафиолетовое излучение. По этой же причине никто не производит люминесцентные лампы из пластика, только из стекла. А плазменная панель - это, по сути, и есть большая люминесцентная лампа, только раскатанная в прямоугольный блин и порубленная на множество ячеек.
Вся конструкция плазменного экрана - это два листа стекла, между которыми находится ячеистая структура пикселей, состоящих из триад субпикселей - красных, зеленых и голубых. Фактически вертикальные ряды R, G и B просто поделены на отдельные ячейки горизонтальными перетяжками, что делает структуру экрана очень похожей на масочный кинескоп обычного телевизора. Сходство с последним еще и в том, что здесь используется тот же цветной фосфор, которым покрыты изнутри ячейки субпикселей. Только поджег фосфорного люминофора осуществляется не электронным лучом, как в кинескопе, а ультрафиолетовым излучением (которому как раз и уготована «жизнь за стеклом» во избежание вредного воздействия на человеческий организм).
А откуда берется ультрафиолет? Ячейки заполнены инертным газом - смесью неона и ксенона (последний составляет всего несколько процентов от смеси), некоторые производители плазмы добавляют еще и гелий. Газ имеет свойство относительно легко переходить в состояние плазмы, когда его атомы, теряя электрон, превращаются в положительные ионы. При этом вещество переходит на более высокий энергетический уровень. Свободные же электроны периодически сталкиваются с нейтральными атомами, выбивают из них электрон и превращают в положительные ионы. А другая их часть, натыкаясь на ионы, восстанавливает их до нейтральных атомов, которые при этом испускают энергию в виде фотонов ультрафиолета. Последний же воздействует на фосфорный люминофор, который начинает светиться в видимом спектре. Чтобы процесс был стабильным и управляемым, необходимо обеспечить достаточное количество свободных электронов в толще газа плюс достаточно высокое напряжение (порядка 200 В), которое заставит ионный и электронные потоки двигаться навстречу друг другу. Как это делается в люминесцентной лампе, которая работает по тому же принципу? В момент пуска нагреваются вольфрамовые спирали в торцах трубки нагреваются и начинают испускать электроны (термоэлектронная эмиссия). А одновременно между этими спиралями подается высокое напряжение, начинает протекать ионно-электронный ток, вызывающий переход газа в состояние плазмы, ультрафиолетовое излучение и свечение люминофора, нанесенного на внутреннюю поверхность стеклянной трубки. Только люминофор тут белого свечения. В плазменном же экране спиралей нет, зато электроды расположены гораздо ближе друг к другу, и для ионизации газа хватает электрического импульса достаточно высокого напряжения. А чтобы ионизация происходила мгновенно, помимо управляющих импульсов на электродах присутствует остаточный заряд. К электродам управляющие сигналы подводятся по горизонтальным и вертикальным проводникам, образующим адресную сетку. Причем вертикальные (дисплейные) проводники представляют собой токопроводящие дорожки на внутренней поверхности защитного стекла с передней стороны. Они прозрачны (слой окиси олова с примесью индия). Горизонтальные же (адресные) металлические проводники располагаются с тыльной стороны ячеек.
На самом деле структура реальных плазменных экранов гораздо сложнее, да и физика процесса совсем не так проста. Помимо описанной выше матричной сетки существует и другая разновидность - сопараллельная, предусматривающая дополнительный горизонтальный проводник. Кроме этого, тончайшие металлические дорожки дублируют походят параллельно прозрачным для выравнивания потенциала последних по всей длине, которая довольно значительна (1 м и более). Поверхность электродов покрыта слоем окиси магния, который выполняет изолирующую функцию и одновременно обеспечивает вторичную эмиссию при бомбардировке положительными ионами газа. Существуют и различные типы геометрии пиксельных рядов: простая и «вафельная» (ячейки разделены двойными вертикальными стенками и горизонтальными перемычками). Прозрачные электроды могут выполняться в форме двойного Т или меандра, когда они как бы переплетаются с адресными, хотя и находятся в разных плоскостях. Существует множество и других технологических хитростей, направленных на повышение эффективности плазменных экранов, которая изначально была довольно низкой. С этой же целью производители варьируют газовый состав ячеек, в частности, увеличивают процентное содержание ксенона с 2 до 10%. Кстати, газовая смесь в ионизированном состоянии слегка светится и сама по себе, поэтому, дабы устранить загрязнение спектра люминофоров этим свечением, в каждой ячейке устанавливают миниатюрные светофильтры.
Управление пикселями осуществляется с помощью трех типов импульсов: стартовых, поддерживающих и гасящих. Частота - порядка 100 кГц, хотя известны идеи дополнительной модуляции управляющих импульсов радиочастотами (40 МГц), что обеспечит более равномерную плотность разряда в толще газа. По сути, управление свечением пикселей носит характер дискретной широтно-импульсной модуляции: пикселей светятся ровно столько, сколько длится поддерживающий импульс. Длительность же его при 8-битной кодировке может принимать 128 дискретных значений, соответственно, получается такое же количество градаций яркости. Уж не в этом ли была причина рваных градиентов, распадающихся на ступеньки? Плазма более поздних поколений постепенно наращивала разрешение: 10, 12, 14 бит. Последние модели Runco, относящиеся к категории Full HD, используют 16-битную обработку сигнала (вероятно, и кодировку также). Так или иначе, ступеньки исчезли и больше, будем надеяться, не появятся.
Постепенно совершенствовалась не только сама панель, но и алгоритмы обработки сигнала: масштабирования, прогрессивного преобразования, компенсации движений, подавления шумов, оптимизации цветосинтеза и пр. У каждого производителя плазмы появился свой набор технологий, частично дублирующий чужие под другими названиями, но частично и свои. Так, почти все использовали алгоритмы масштабирования и адаптивного прогрессивного преобразования DCDi Faroudja, в то время как некоторые заказывали оригинальные разработки (например, Vivix у Runco, Advanced Video Movement у Fujitsu, Dynamic HD Converter у Pioneer и т. д.). В целях повышения контрастности вносились коррективы в структуру управляющих импульсов и напряжений. Для увеличения яркости в форму ячеек вводились дополнительные перемычки для увеличения покрытой люминофором поверхности и снижения засветки соседних пикселей (Pioneer). Постепенно росла роль «интеллектуальных» алгоритмов обработки: вводилась покадровая оптимизация яркости, система динамического контраста, продвинутые технологии цветосинтеза. Корректировки в исходный сигнал вносились не только исходя из характеристик самого сигнала (насколько темным или светлым являлся текущий сюжет или насколько быстро движутся объекты), но и из уровня внешней освещенности, который отслеживался с помощью встроенного фотосенсора. С помощью продвинутых алгоритмов обработки удалось достичь просто фантастических успехов. Так, компания Fujitsu путем интерполяционного алгоритма и соответствующих доработок процесса модуляции добилась увеличения количества градаций цвета в темных фрагментах до 1019, что намного превышает собственные возможности экрана при традиционном подходе и соответствует чувствительности человеческого зрительного аппарата (технология Low Brightness Multi Gradation Processing). Эта же компания разработала метод раздельной модуляции четных и нечетных управляющих горизонтальных электродов (ALIS), который затем использовался в моделях Hitachi, Loewe и др. Метод давал повышенную четкость и уменьшал зубчатость наклонных контуров даже без дополнительной обработки, в связи с чем в спецификациях использовавших его моделей плазмы появился необычный показатель разрешения 1024 × 1024. Такое разрешение, конечно, являлось виртуальным, но эффект оказался весьма впечатляющим.
Достоинства и недостатки плазмы
Парадокс в том, что когда цены на плазму были поистине пугающими при весьма и весьма посредственном качестве изображения, у нее не было конкурентов (проекционные телевизоры в силу своей громоздкости достойной альтернативы не представляли). Вот тогда-то, по логике вещей, и нужно было срочно развивать ЖК-технологию. Но то ли повезло, то ли, напротив, все продумано, этот конкурент появился, уже когда плазма твердо стояла на ногах. Причем появился он в таком же сыром и неубедительном виде, как когда-то плазма. Первый блин, как известно, комом, да и дисплей, очевидно, тоже. Сегодня уже можно говорить о соревновании более или менее на равных, хотя плазма, начав раньше, все же и успела гораздо больше, чем ЖК-дисплеи, которым еще есть, куда развиваться, чтобы достичь схожего с плазмой статуса.
Какие же у плазмы преимущества и недостатки по сравнению с ЖК? Несомненно, и этого никто отрицать не осмелится, качество изображения у плазменных дисплеев гораздо лучше. Глубже черный цвет, выше разрешение в темных сценах, в то время как на ЖК-экране все довольно быстро скатывается в кромешную черноту (точнее, темно-серую массу, поскольку остаточная засветка здесь весьма значительна). Не лучше обстоит дело и с белым: наиболее яркие фрагменты изображения частенько выбеливаются до состояния однородного пятна. Для плазмы все это досадные подробности далекого прошлого.
Угол обзора
Одной из слабых сторон жидких кристаллов, как известно, традиционно являлся ограниченный угол обзора. Поляризованный свет излучается в основном под прямым углом к поверхности экрана, если не считать рассеивание в экранном покрытии. Правда, в последнее время этот недостаток в значительной степени преодолен, но по сравнению с плазмой все же ощутим. Плазма - это дисплей, который, подобно кинескопному телевизору, не использует светоклапаны, а излучает уже модулированный свет непосредственно фосфорными триадами. Это в определенной степени роднит плазму с электронно-лучевыми трубками, столь привычными и доказавшими свою состоятельность на протяжении нескольких десятилетий.
Цветопередача
У плазмы заметно более широкий охват цветового пространства, что также объясняется спецификой цветосинтеза, который формируется «активными» фосфорными элементами, а не путем пропускания светового потока лампы через светофильтры и светоклапаны. Чистота цвета и разрешение по оттенкам безоговорочно лидирует у плазменных дисплеев: ЖК-экраны то и дело «сглаживают», а то и размазывают, деликатные цветовые градации до степени одноцветного пятна, что особенно заметно на лицах киногероев и задних планах, которые часто размываются буквально до какой-то аморфной массы, в то время как плазма демонстрирует отличную глубину резкости и объемность картинки.
Плазменные матрицы, несомненно, отличаются определенной инертностью, хотя бы из-за послесвечения фосфорного люминофора, но эта инертность не идет ни в какое сравнение с медлительностью жидких кристаллов. Изображение на плазменном экране всегда более энергично, живо, с четкими контурами.
Ресурс плазмы
Большой ресурс плазменного дисплея (60 000 часов) также вряд ли смогут превзойти или даже повторить жидкие кристаллы. Причем «страшилки» насчет мертвых пикселей (поначалу компания Fujitsu даже ввела норматив - кажется, 16 мертвых пикселей на 42-дюйовыфый экран считалось допустимым) оказались ложной тревогой: тенденции к увеличению их числа в процессе эксплуатации пока не наблюдалось. А совершенствование технологий производства позволило и вовсе избавиться от этого врожденного порока.
Размеры экрана
Наконец, плазма пока что лидирует по сравнению с ЖК по размерам экрана, причем, если брать предельный для ЖК размер в 50??, то такая плазма стоит дешевле. Конечно, здесь все может измениться в ближайшие год-два, но пока дела обстоят именно так.
Теперь о недостатках. К сожалению, самые большие плазменные дисплеи весят столько, что не всегда оказывается возможность повесить их на стену, если только она не из цельного бетона. Боится плазма и не очень деликатной транспортировки: стекло, как-никак. Потребление электроэнергии весьма значительное, хотя в последних поколениях его удалось существенно снизить, заоднем исключив и шумные вентиляторы охлаждения.
Выгорание пикселей
Важным недостатком плазмы является неравномерное выгорание пикселей при длительном воспроизведении статического изображения, контуры которого затем проступают при смене сюжета. Чтобы не допустить деградации дисплеев от выгорания, применяются различные методы: скрин-сейверы (как в компьютерных мониторах), автоматическое отключение через некоторое время при статическом сигнале или отсутствии его, а также плавные перемещения изображения по экрану.
Блики
Но, пожалуй, все же самый главный недостаток плазменных экранов - это блики. Стекло есть стекло. Да, плазма практически не чувствительна к внешнему освещению, цвета на экране остаются яркими и изображение не теряет четкость, но на это изображение накладывается отражение всего, что находится за спиной у зрителя, включая его самого. А уж если туда попадает отражение от окна или горящего торшера, то это сущий ад. Именно данные предметы становятся главными героями любого видеосюджета! В принципе, стоя перед плазмой, показывающей нее самые яркие сцены, можно даже бриться. И все это несмотря на декларирование производителями новых и все более улучшенных антибликовых покрытий. Тут поневоле приходит на ум поверхность экрана ЖК-телевизора: бархатисто-матовая, практически ничего не отражает... Но где тут такая четкость и ясность, как на плазме, даже с отражением открытого окна? Если поставить рядом два дисплея, плазменный и ЖК, картинка на втором будет казаться как будто в легкой дымке.
Одним словом, нет добра без худа. Утешает то, что фраза эта верна и в обратном порядке слов.
Загрузка...
