Коммерческий цикл любого изобретения не вечен, и производители, запустившие массовое производство LCD-мониторов, готовят следующее поколение технологий отображения информации. Устройства, которые придут на смену жидкокристаллическим, находятся на разных стадиях развития. Некоторые, такие, как LEP (Light Emitting Polymer -- светоизлучающие полимеры), только выходят из научных лабораторий, а другие, например на основе плазменной технологии, уже представляют собой законченные коммерческие продукты.

Размер всегда был главным препятствием при создании широкоэкранных мониторов. Мониторы размером больше 24 дюймов, созданные с использованием ЭЛТ технологии, слишком тяжелые и громоздкие. ЖК-мониторы -- плоские и легкие, но экраны, размер которых больше 20 дюймов, обладают слишком высокой себестоимостью. Плазменная технология нового поколения идеально подходит для создания больших экранов. Она позволяет выпускать плоские и легкие мониторы глубиной всего 9 сантиметров. Поэтому, несмотря на большой экран, они могут быть установлены в любом месте -- на стене, под потолком, на столе.

Благодаря широкому углу обзора изображение видно с любой точки. И что самое главное, плазменные мониторы способны передать цвет и резкость, которые раньше были недостижимы при таком размере экрана.

Идея использования газового разряда в средствах отображения не нова. Подобные устройства выпускались много лет назад в СССР в Рязани в НПО «Плазма». Однако размер элемента изображения был достаточно велик, так что для получения приличного изображения было нужно создавать огромные табло. Изображение было некачественным, передавалось мало цветов, устройства были крайне ненадежными.

За рубежом исследования и разработки в области этой технологии начались еще в начале 60-х годов. Еще лет пятьдесят назад было открыто одно интересное явление. Как оказалось, если катод заострить на манер швейной иглы, то электромагнитное поле в состоянии самостоятельно «выдергивать» из него свободные электроны. Необходимо только подать напряжение. По такому принципу работают лампы дневного света. Вылетающие электроны ионизируют инертный газ, чем заставляют его светиться. Трудность заключалась лишь в отработке технологии получения таких игольчатых матриц. Ее решили в Университете штата Иллинойс в 1966 году. В начале семидесятых годов компания Owens-Illinois довела проект до коммерческого состояния. В восьмидесятых годах эту идею пытались воплотить в реальный коммерческий продукт компании Burroughs и IBM, но тогда еще безуспешно.

Надо сказать, что идея плазменной панели появилась вовсе не из чисто научного интереса. Ни одна из существовавших технологий не могла справиться с двумя простыми задачами: добиться высококачественной цветопередачи без неизбежной потери яркости и создать телевизор с широким экраном, чтобы он при этом не занимал всю площадь комнаты. А плазменные панели (PDP), тогда только теоретически, подобную задачу как раз могли решить. Первое время опытные плазменные экраны были монохромными (оранжевыми) и могли удовлетворить спрос только специфических потребителей, которым требовалась, прежде всего, большая площадь изображения. Поэтому первую партию PDP (около тысячи штук) купила Нью-йоркская фондовая биржа.

Направление плазменных мониторов возродилось после того, как стало окончательно ясно, что ни ЖК-мониторы, ни ЭЛТ не в состоянии недорого обеспечить получение экранов с большими диагоналями (более двадцати одного дюйма). Поэтому лидирующие производители бытовых телевизоров и компьютерных мониторов, такие, как Hitachi, NEC и другие, вновь вернулись к PDP. В область плазменной технологии также обратили свои взоры и корейские компании «второй мировой линии», среди которых, например, Fujitsu, производящая более дешевую электронику, что тут же внесло остроту конкуренции. Сейчас Fujitsu, Hitachi, Matsushita, Mitsubishi, NEC, Pioneer и другие производят плазменные мониторы с диагональю 40 дюймов и более.

Принцип работы плазменной панели состоит в управляемом холодном разряде разреженного газа (ксенона или неона), находящегося в ионизированном состоянии (холодная плазма). Рабочим элементом (пикселем), формирующим отдельную точку изображения, является группа из трех субпикселей, ответственных за три основных цвета соответственно. Каждый субпиксель представляет собой отдельную микрокамеру, на стенках которой находится флюоресцирующее вещество одного из основных цветов (см. приложение Л, рис. 12). Пиксели находятся в точках пересечения прозрачных управляющих хром-медь-хромовых электродов, образующих прямоугольную сетку.

Для того, чтобы «зажечь» пиксель, происходит приблизительно следующее. На питающий и управляющий электроды, ортогональные друг другу, в точке пересечения которых находится нужный пиксель, подается высокое управляющее переменное напряжение прямоугольной формы. Газ в ячейке отдает большую часть своих валентных электронов и переходит в состояние плазмы. Ионы и электроны попеременно собираются у электродов, по разные стороны камеры, в зависимости от фазы управляющего напряжения. Для «поджига» на сканирующий электрод подается импульс, одноименные потенциалы складываются, и вектор электростатического поля удваивает свою величину. Происходит разряд -- часть заряженных ионов отдает энергию в виде излучения квантов света в ультрафиолетовом диапазоне (в зависимости от газа). В свою очередь, флюоресцирующее покрытие, находясь в зоне разряда, начинает излучать свет в видимом диапазоне, который и воспринимает наблюдатель. 97% ультрафиолетовой составляющей излучения, вредного для глаз, поглощается наружным стеклом. Яркость свечения люминофора определяется величиной управляющего напряжения.

Высокая яркость до 650 кд/м2 и контрастность до 3000:1 наряду с отсутствием дрожания являются большими преимуществами таких мониторов (для сравнения: у професионального ЭЛТ-монитора яркость равна приблизительно 350 кд/м2 , а у телевизора -- от 200 до 270 кд/м2 при контрастности от 150:1 до 200:1). Высокая четкость изображения сохраняется на всей рабочей поверхности экрана. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым увидеть нормальное изображение на плазменных мониторах, существенно больше, чем у LCD-мониторов. К тому же плазменные панели не создают магнитных полей (что служит гарантией их безвредности для здоровья), не страдают от вибрации, как ЭЛТ-мониторы, а их небольшое время регенерации позволяет использовать их для отображения видео- и телесигнала. Отсутствие искажений и проблем сведения электронных лучей и их фокусировки присуще всем плоскопанельным дисплеям. Необходимо отметить и стойкость PDP-мониторов к электромагнитным полям, что позволяет использовать их в промышленных условиях -- даже мощный магнит, помещенный рядом с таким дисплеем, никак не повлияет на качество изображения. В домашних же условиях на монитор можно поставить любые колонки, не опасаясь возникновения цветных пятен на экране.

Главными недостатками такого типа мониторов является довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Кроме этого, свойства люминофорных элементов быстро ухудшаются, и экран становится менее ярким. Поэтому срок службы плазменных мониторов ограничен 10000 часами (это около 5 лет при офисном использовании). Из-за этих ограничений, такие мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, то есть там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации. Однако есть все основания предполагать, что в скором времени существующие технологические ограничения будут преодолены, а при снижении стоимости, такой тип устройств может с успехом применяться в качестве телевизионных экранов или мониторов для компьютеров.

Неплохие перспективы PDP связывают с относительно низкими требованиями к производственным условиям; в отличие от TFT-матриц PDP-экраны можно изготовлять в условиях низких температур методом прямой печати.

Практически каждый производитель плазменных панелей добавляет к классической технологии некоторые собственные ноу-хау, улучшающие цветопередачу, контрастность и управляемость. В частности, NEC предлагает технологию капсулированного цветового фильтра (CCF), отсекающего ненужные цвета, и методику повышения контрастности за счет отделения пикселей друг от друга черными полосами (такая же технология используется Pioneer). В мониторах Pioneer также используются технология Enhanced Cell Structure, суть которой в увеличении площади люминофорного пятна, и новая химическая формула голубого люминофора, который дает более яркое свечение, и, соответственно, повышает контрастность. Компания Samsung разработала конструкцию монитора повышенной управляемости -- панель разделена на 44 участка, каждый из которых имеет собственный электронный блок управления.

Компании Sony, Sharp и Philips совместно разрабатывают технологию PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal), которая должна соединить в себе преимущества плазменных и LCD экранов с активной матрицей. Дисплеи, созданные на основе данной технологии, сочетают в себе преимущества жидких кристаллов (яркость и сочность цветов, контрастность) с большим углом видимости и высокой скоростью обновления плазменных панелей. В качестве регулятора яркости в этих дисплеях используются газоразрядные плазменные ячейки, а для цветовой фильтрации применяется ЖК-матрица. Технология PALC позволяет адресовать каждый пиксель дисплея по отдельности, а это означает непревзойденную управляемость и качество изображения. Первые образцы на основе технологии PALC появились в 1998 году.

Можно привести несколько удачных примеров использования плазменных мониторов. В торговом центре в Осло установлено 70 дисплеев, на которых покупают рекламное время небольшие магазинчики. Там PDP-мониторы окупили себя за 2,5 месяца. Используют их и в аэропортах. В частности, в Вашингтоне они установлены в зале прилета. Благодаря своей динамичности такой способ подачи информации привлекает гораздо больше внимания, чем традиционные табло. Есть опыт применения плазменных мониторов и в ресторанах McDonalds. Различные телевизионные компании, например CBS, NBC, BBS, MTV и российская НТВ используют в оформлении своих студий PDP-мониторы. Это связано с тем, что высокая частота обновления позволяет вести съемку PDP-дисплея обычной камерой, и при этом не возникает мерцания или стробоскопического эффекта.

Наверное, для многих из наших читателей такие выражения, как плазменные технологии, плазменные мониторы, звучат с некой долей экзотичности, а кое-кто даже и не представляет себе, что это такое. И это не удивительно, ведь плазменные мониторы на сегодняшний день - большая редкость, можно даже сказать экзотика, но, в любом случае, плазменные технологии - это очень передовые и очень перспективные технологии, которые сейчас бурно развиваются. И, возможно, в уже не столь отдаленном будущем плазменные мониторы перейдут из разряда дорогих "игрушек" для богатых в категорию товаров широкого потребления. И для этого даже сейчас есть определенные предпосылки.

Ведь тенденция увеличения размера экрана отчетливо наблю дается как в индустрии компьютерных мониторов, так и в бытовых телевизорах. Мониторы, использующие ЭЛТ- технологии, в своем развитии уже подошли к пределу, и наиболее совершенные их модели, размер экрана которых достиг 24" (телевизоры освоили чуть большие кинескопы, тем не менее больше, чем 32", и они не одолели), имеют слишком большие вес и габаритные размеры, особенно в глубину. А стоимость плоских и легких ЖК-дисплеев с увеличением диагонали экрана сверх 20" становится слишком высокой. Поэтому, как ни странно это звучит, для создания больших экранов своеобразной палочкой-выручалочкой могут стать именно плазменные дисплеи, которые имеют толщину порядка нескольких сантиметров и небольшой вес. Благодаря этому, несмотря на большие размеры экрана, они могут быть установлены в любом месте - на стене, под потолком и даже на специальной подставке на столе. Наибольшая диагональ экрана выпускаемых сегодня плазменных дисплеев - 60 дюймов (свыше 1,5 метров) при разрешении 1365 х 768 пикселей. Большинство моделей имеют формат экрана 16: 9, являющийся оптимальным для просмотра фильмов. В отличие от обычных телевизоров, подавляющее большинство плазменных панелей, даже предназначенных для бытовых целей, не имеют встроенных источников телевизионного сигнала. Однако это можно отнести скорее к достоинствам PDP, чем к недостаткам, потому что они имеют большое количество самых разнообразных входов, включая аналоговые видео (разъемы типов RCA или SCART), S-видео, RGB (D-Sub и BNC), а также цифровые DVI.

История плазменных панелей (или PDP - Plasma Display Panel), технология которых основана на эффекте свечения определенных газов под воздействием электрического тока, берет свое начало более 30 лет тому назад, в 1966 году. Неоновые рекламные вывески и лампы дневного света - наиболее яркие примеры практической реализации этого эффекта, успешно дожившие до наших дней. А вот производство плазменных мониторов началось только в начале 90-х годов прошлого века. Пионером в области PDP стала японская компания Fujitsu. Первые коммерческие изделия этой фирмы использовались в качестве информационных экранов и табло на вокзалах, биржах, в аэропортах. Естественно, первые дисплеи были монохромные и имели низкое качество изображения, однако буквально за десятилетие PDP не только догнали традиционную CRT-технологию, но и по многим параметрам превзошли ее.

Так что же это такое - плазменный дисплей? Он состоит из двух плоских стеклянных пластин, расположенных на расстоянии порядка 100 микрон друг от друга. Между ними находится слой инертного газа (как правило, смесь ксенона и неона), на который воздействует сильное электрическое поле. На переднюю, прозрачную пластину нанесены тончайшие прозрачные проводники - электроды, а на заднюю - ответные проводники. В современных цветных дисплеях задняя стенка имеет микроскопические ячейки, заполненные люминофорами трех основных цветов (красного, синего и зеленого), по три ячейки на каждый пиксель.

Принцип действия плазменной панели основан на свечении специальных люминофоров при воздействии на них ультрафиолетового излучения, возникающего при электрическом разряде в среде сильно разреженного газа. При таком разряде между электродами с управляющим напряжением образуется проводящий "шнур", состоящий из ионизированных молекул газа (плазмы). Поэтому-то панели, работающие на этом принципе, и получили название плазменных панелей. Ионизированный газ воздействует на специальное флюоресцирующее покрытие, которое, в свою очередь, излучает свет, видимый человеческим глазом. Сразу спешу успокоить тех читателей, которые всерьез озабочены проблемами экологической безопасности: подавляющая часть ультрафиолетовой составляющей излучения, вредного для глаз, поглощается наружным стеклом. Яркость и насыщенность цветов можно регулировать простым изменением величины управляющего напряжения: чем оно больше, тем больше квантов света выделяет газ, тем сильнее светятся флюоресцирующие элементы, тем ярче мы получаем картинку на экране. Каждая ячейка способна светиться одним из 256 уровней яркости, что в сумме дает 16,7 млн. оттенков цвета для каждой отдельно взятой триады (совокупность из трех ячеек). Для увеличения контрастности получаемого изображения на верхней части внутренних перегородок (ребер) ячеек наносятся черные полосы, разделяющие элементы триады.

Подавая управляющие сигналы на вертикальные и горизонтальные проводники, нанесенные на внутренние поверхности стекол такой панели, схема управления PDP осуществляет, соответственно, "строчную" и "кадровую" развертку растра изображения.

Плазменные дисплеи бывают двух типов - постоянного тока и переменного тока. Панели постоянного тока немного проще и, поэтому, появились раньше, однако большинство выпускаемых в настоящее время цветных PDP относятся ко второму типу и отличаются от панелей постоянного тока тем, что в них электроды покрыты слоем диэлектрика, препятствующим прохождению постоянной составляющей тока через ячейку. Благодаря этому такие панели обладают свойством "внутренней памяти", то есть при специально подобранной форме и амплитуде напряжения на электродах индикаторная ячейка может находиться как в состоянии "включено" (ячейка светится), так и в состоянии "выключено" (ячейка погашена) сколь угодно долго. Для перевода ячейки из одного состояния в другое необходимо подать на нее единичный импульс напряжения, поэтому эффективность преобразования электрической энергии в световую в панелях переменного тока больше в 5-10 раз, чем у панелей постоянного тока. Что обеспечивает повышенную яркость изображения и больший срок службы электродов, а, значит, и самого дисплея переменного тока.

Ну и что же в них хорошего?

Во-первых, качество изображения плазменных дисплеев считается эталонным, хотя лишь совсем недавно была окончательно решена "проблема красного цвета", который в первых моделях больше походил на морковный. Кроме этого, плазменные мониторы выгодно отличаются от своих конкурентов высокой яркостью и контрастностью изображения: их яркость достигает 900 кд/м2 а контрастность - до 3000: 1, тогда как у классических ЭЛТ-мониторов эти параметры составляют соответственно 350 кд/м2 и 200: 1 (кстати, далеко не у самых худших из них). Также необходимо отметить, что высокая четкость изображения PDP сохраняется на всей рабочей поверхности экрана.

Во-вторых, плазменные дисплеи имеют малое время отклика (чем до сих пор не могут похвастаться многие модели LCD-дисплеев), что позволяет без проблем использовать PDP не только в качестве средств отображения информации, но и в качестве телевизоров и даже, при подключении к компьютеру, играть в современные динамичные игры. Если мы начали сравнивать технологии PDP и LCD, то важно отметить, что плазменные панели лишены еще одного существенного недостатка ЖК-мониторов, такого как значительное ухудшение качества изображения на экране при больших углах просмотра.

В-третьих, в плазменных панелях (впрочем, как и в жидкокристаллических) принципиально отсутствуют проблемы геометрических искажений изображения и сведения лучей, являющихся настоящим бичом ЭЛТ-мониторов.

В-четвертых, имея самую большую площадь экрана среди всех современных устройств отображения визуальной информации, плазменные панели исключительно компактны, особенно в толщину. Толщина типичной панели с размером экрана в один метр обычно не превышает 10-15 сантиметров, а масса составляет всего 35-40 килограммов. Благодаря этому плазменные панели можно без труда разместить в любом интерьере и даже повесить на стену в наиболее удобном для этого месте.

В-пятых, плазменные панели чрезвычайно надежны. Заявленный срок службы современных PDP в 50 тыс. ч (а в году ведь меньше 9000 часов) предполагает, что за все это время яркость экрана упадет вдвое против начальной.

В-шестых, плазменные панели гораздо безопаснее телевизоров с кинескопом. Они не создают магнитных и электрических полей, которые оказывают вредное влияние на человека и, кроме этого, не создают такое мелкое, но противное неудобство, как постоянное скопление пыли на поверхности экрана вследствие его электризации.

В-седьмых, PDP и сами практически не подвержены воздействию внешних магнитных и электрических полей, что позволяет без проблем использовать их в составе "домашнего театра" совместно с мощными высококачественными акустическими системами, далеко не все из которых имеют экранированные головки громкоговорителей.

Не все коту масленица

При всех неоспоримых достоинствах плазменных панелей есть у них и свои недостатки, сдерживающие их широкое распространение. И самый, наверное, главный из этих недостатков - их слишком высокая стоимость, которая для 60-дюймового дисплея порой "зашкаливает" за $20000. Так что потенциальным покупателем таких панелей на сегодняшний день могут стать либо какая-нибудь довольно крупная компания для проведения различных презентаций и видеоконференций, а может быть, и просто для усиления своего собственного имиджа, либо частное лицо, для которого вопрос цены считается второстепенным по отношению к удобству использования и, главное, престижности устройства.

Кроме экономических проблем, не изжиты еще и ряд технических ограничений плазменных технологий. В первую очередь, это низкая разрешающая способность изображения, обусловленная большим размером элемента изображения. Но, учитывая тот факт, что оптимальное расстояние от монитора до зрителя должно быть порядка 5 его "диагоналей", то понятно, что наблюдаемая на маленьком расстоянии зернистость изображения просто исчезает на большом расстоянии. Тем более, что существует ряд специальных технологий, позволяющих обойти это ограничение. Одна из них, ALIS (Alternate Lighting of Surfaces - попеременное свечение поверхностей), разработанная японской компанией Fujitsu, обеспечивает повышение разрешения по вертикали, причем без потери яркости изображения. Для этого количество пикселей по вертикали увеличено, их размер уменьшен, разделительные промежутки между ячейками упразднены. Чтобы устранить неизбежные при таком подходе потери яркости и контрастности и добиться высокой четкости картинки, компанией было предложено строить изображение сначала на четных, а затем на нечетных линиях светящихся пикселей (ближайшая аналогия - чересстрочная развертка бытовых ЭЛТ-телевизоров). Такой способ чередования позволил существенно повысить яркость и увеличить срок службы плазменной панели.

Также довольно существенным недостатком плазменного монитора является высокая мощность, потребляемая им, быстро возрастающая при увеличении диагонали монитора. Этот недостаток связан уже непосредственно с самой технологией получения изображения с использованием плазменного эффекта: чтобы зажечь один пиксель на экране, электроэнергии требуется мизерное количество, но матрица состоит из миллионов ячеек, каждой из которых приходится светиться все время работы монитора. Этот факт приводит не только к увеличению эксплуатационных затрат на данный монитор, но высокое энергопотребление серьезно ограничивает круг применения PDP, к примеру, делает невозможным использование таких мониторов, например, в портативных компьютерах. Но даже если решить проблему с источником питания, изготавливать плазменные матрицы с диагональю менее тридцати дюймов все равно пока еще не выгодно экономически.

Ну вот, пожалуй, и все недостатки, присущие плазменным мониторам. И если теперь сопоставить все их перечисленные выше достоинства и недостатки, то налицо существенное преобладание первых над вторыми. Да, еще не нужно забывать, что технический прогресс не стоит на месте, и в условиях жесткой конкуренции фирмы-производители плазменных мониторов стремятся постоянно повышать качество выпускаемой продукции, что, наряду с пусть и медленным, но неуклонным снижением их стоимости, делает PDP доступными все более широкому кругу потенциальных покупателей. Остается только надеяться, что в их числе рано или поздно вполне можем оказаться и мы с вами, дорогой читатель.

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

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.

• 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.

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.

Перспективной технологией, которая может заменить ЖК-мониторы, часто считают OLED-дисплеи (матрица с органическими светодиодами), однако она встретила сложности в массовом производстве, особенно для матриц с большой диагональю.

Плазменные мониторы

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.

OLED-мониторы

Органический светодиод (англ. Organic Light-Emitting Diode (OLED) - органический светоизлучающий диод) - полупроводниковый прибор, изготовленный из органических соединений, который эффективно излучает свет, если пропустить через него электрический ток. На его основе и изготовлены OLED-мониторы. Предполагается, что производство таких дисплеев будет гораздо дешевле, нежели производство жидкокристаллических дисплеев.

Принцип действия

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.

Преимущества

В сравнении c плазменными дисплеями

• меньшие габариты и вес
• более низкое энергопотребление при той же яркости
• возможность длительное время показывать статическую картинку без выгорания экрана

В сравнении c жидкокристаллическими дисплеями

• меньшие габариты и вес
• отсутствие необходимости в подсветке
• отсутствие такого параметра как угол обзора - изображение видно без потери качества с любого угла
• мгновенный отклик (на порядок выше, чем у LCD) - по сути полное отсутствие инерционности
• более качественная цветопередача (высокий контраст)
• возможность создания гибких экранов
• большой диапазон рабочих температур (от?40 до +70 °C)

Яркость. OLED-дисплеи обеспечивают яркость излучения от нескольких кд/м2 (для ночной работы) до очень высоких яркостей - свыше 100 000 кд/м2, причем их яркость может регулироваться в очень широком динамическом диапазоне. Так как срок службы дисплея обратно пропорционален его яркости, для приборов рекомендуется работа при более умеренных уровнях яркости до 1000 кд/м2.

Контрастность. Здесь OLED также лидер. OLED-дисплеи обладают контрастностью 1000000:1 (Контрастность LCD до 2000:1, CRT до 5000:1)

Углы обзора. Технология OLED позволяет смотреть на дисплей с любой стороны и под любым углом, причем без потери качества изображения. Впрочем, современные ЖК дисплеи (за исключением основанных на TN+Film матрицах) также сохраняют приемлемое качество картинки при больших углах обзора.

Энергопотребление.

Недостатки

Главная проблема для OLED - время непрерывной работы должно быть более 15 тыс. часов. Одна проблема, которая в настоящее время препятствует широкому распространению этой технологии, состоит в том, что «красный» OLED и «зелёный» OLED могут непрерывно работать на десятки тысяч часов дольше, чем «синий» OLED. Это визуально искажает изображение, причем время качественного показа неприемлемо для коммерчески жизнеспособного устройства. Хотя сегодня «синий» OLED всё-таки добрался до отметки в 17,5 тыс. часов (примерно 2 года) непрерывной работы.

При этом для дисплеев телефонов, фотокамер, планшетов и иных малых устройств достаточно в среднем около 5 тысяч часов непрерывной работы, в связи с быстрыми темпами устаревания аппаратуры и еe неактуальности после нескольких последующих лет. Поэтому в них OLED успешно применяется уже сегодня.

Можно считать это временными трудностями становления новой технологии, поскольку разрабатываются новые долговечные люминофоры. Также растут мощности по производству матриц. Потребность в преимуществах, демонстрируемых органическими дисплеями с каждым годом растёт. Этот факт позволяет заключить, что в скором времени дисплеи произведeнные по OLED технологиям, с высокой вероятностью станут доминантными на рынке электроники народного потребления.

Проекционные мониторы

Проекционным монитором мы назвали систему, состоящую из проектора и поверхности для проецирования.

Проектор

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.

Существующие карманные проекторы позволяют получать проекции размером до 100 дюймов по диагонали, яркостью до 40 люмен. У мини-проекторов, выполненных как самостоятельное устройство, часто имеется отверстие с резьбой для стандартного штатива и почти всегда - встроенные кард-ридеры или флеш-память, что позволяет работать без источника сигнала. Для снижения энергопотребления в пико-проекторах применяются светодиоды.

Всё о 3D

Только современные технологии способны формировать на экране кинотеатра, телевизора или компьютерного монитора трехмерную картинку. Мы расскажем, как работают эти технологии

Футуристический вертолет проходит низко над головами зрителей, закованные в экзоброню роботизованные морпехи сметают все на своем пути, здоровенный космический шаттл сотрясает воздух ревом двигателей – так близко и устрашающе реально, что непроизвольно вжимаешь голову в плечи. Недавно вышедший на экраны «Аватар» Джеймса Камерона или трехмерная компьютерная игра заставляют зрителя, сидящего в кресле перед экраном, чувствовать себя участником фантастического действа... Совсем скоро инопланетные монстры будут прогуливаться в каждом доме, где есть современный домашний кинотеатр. Но каким же образом плоский экран способен показывать объемную картинку?

Человек в трехмерном пространстве

Один и тот же объект левым и правым глазом мы видим под разными углами, таким образом формируются два изображения – стереопара. Мозг соединяет обе картинки в одну, которая интерпретируется сознанием как объемная. Различия в перспективе позволяют мозгу определить размер объекта и расстояние до него. На основании всей этой информации человек получает пространственное представление с правильными пропорциями.

Как возникает объемное изображение

Для того чтобы картинка на экране казалась объемной, каждый глаз зрителя, как в жизни, должен видеть несколько отличающееся изо­бражение, из которых мозг сложит единую трехмерную картину.

Первые фильмы в формате 3D, созданные с учетом этого принципа, появились на экранах кинотеатров еще в 50-е годы. По­скольку набирающее популярность телевидение уже тогда составляло серьезную конкуренцию киноиндустрии, дельцы от кинематографа хотели заставить людей оторваться от диванов и направиться в кино, прельщая их визуальными эффектами, которые в то время не мог обеспечить ни один телевизор: цветным изображением, широким экраном, многоканальным звуком и, разумеется, трехмерностью. Эффект объема при этом создавался несколькими разными способами.

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.

Подобные очки хорошо подходят и для современных цветных 3D-фильмов, в частности, записанных методом Dolby 3D. В этом случае достаточно одного проектора с установленными перед объективом световыми фильтрами. Каждый из фильтров пропускает для левого и правого глаза красный и синий свет. Одно изображение имеет синеватый, другое – красноватый оттенок. Световые фильтры в очках пропускают только соответствующие, предназначенные для определенного глаза кадры. Однако данная технология позволяет добиться лишь незначительного 3D-эффекта, с малой глубиной.

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.

Для просмотра 3D-фильмов по этому методу используются затворные очки, в которые вместо стекол или фильтров установлены два оптических затвора. Эти небольшие светопропускающие ЖК-матрицы способны по команде от контроллера менять прозрачность – то затемняясь, то просветляясь в зависимости от того, на какой глаз в данный момент не­обходимо подать изображение.

Затворный метод используется не только в кинотеатрах: применяется он и в телевизорах, и в компьютерных мониторах. В кинотеатре подача команд осуществляется с помощью ИК-передатчика. Некоторые модели затворных очков 90-х годов, предназначенных для ПК, подключались к компьютеру с помощью кабеля (современные модели имеют беспроводной интерфейс).

Недостаток данного метода в том, что затворные очки являются сложным электронным устройством, потребляющим электроэнергию. Следовательно, они имеют достаточно высокую (особенно по сравнению с картонными очками) стоимость и значительный вес.

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.

Поляризационные очки несколько тяжелее картонных, но поскольку они работают без источника электроэнергии, то весят и стоят значительно меньше, чем затворные. Однако наряду с поляризационными фильтрами, устанавливаемыми на кинопроекторы и в очки, для показа 3D-фильмов по этому методу требуется дорогой экран со специальным покрытием.

На данный момент предпочтение окончательно не отдано ни одному из названных методов. Стоит, однако, отметить, что с двумя проекторами (по анаглифическому методу) работает все меньшее количество кинотеатров.

Как создаются 3D-фильмы

Использование сложных технических приемов требуется уже на этапе съемки, а не только в процессе просмотра 3D-фильмов. Для создания иллюзии трехмерности каждую сцену необходимо снимать одновременно двумя камерами, с разных ракурсов. Как и глаза человека, обе камеры размещают близко друг к другу, на одинаковой высоте.

3D-технологии для домашнего применения

Для просмотра 3D-фильмов на DVD до сих пор используются простые картонные очки, наследие далеких 50-х. Этим объясняется и скромный результат – плохая цветопередача и недостаточная глубина изображения.

Однако даже современные 3D-технологии привязаны к специальным очкам, и такое положение вещей, по всей видимости, изменится не скоро. Хотя в 2008 году компания Philips и представила прототип 42-дюймового жидко­кристаллического 3D-телевизора, не требующего использования очков, данная технология достигнет своей рыночной зрелости минимум через 3–4 года.

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.

Контент для 3D

Основным источником трехмерного видеоконтента являются Blu-ray-диски. Контент передается на источник изображения через интерфейс HDMI. Для этого телевизор и проигрыватель должны поддерживать соответствующие технологии, а также недавно принятый стандарт HDMI 1.4 – одновременную передачу двух потоков данных формата 1080p обеспечивает только он. Пока что устройства с поддержкой HDMI 1.4 можно пересчитать по пальцам.

3D-технологии на ПК

Первоначально просмотр трехмерного изображения на компьютере был доступен только с помощью очков или специальных шлемов виртуальной реальности. И те и другие были оснащены двумя цветными ЖК-дисплеями – для каждого из глаз. Качество результирующего изображения при использовании данной технологии зависело от качества применяемых ЖК-экранов.

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.

Выдержав почти десятилетнюю паузу, технологии формирования стереоизображения на экране монитора вышли на новый этап своего развития. Не может не радовать то обстоятельство, что по крайней мере один из двух крупных производителей графических адаптеров, фирма NVIDIA, разработал нечто инновационное. Комплекс 3D Vision стоимостью около 6 тыс. руб. включает в себя затворные очки и ИК-передатчик. Однако для создания пространственной картинки при помощи этих очков требуется соответствующее аппаратное обеспечение: ПК должен быть оснащен мощной видеоплатой NVIDIA. А для того чтобы псевдотрехмерная картинка не мерцала, монитор с разрешением в 1280х1024 точки должен обеспечивать частоту обновления экрана минимум в 120 Гц (по 60 Гц на каждый глаз). Первым ноутбуком, оснащенным данной технологией, стал ASUS G51J 3D.

В настоящее время доступны также так называемые 3D-профили более чем для 350 игр, которые можно скачать с веб-сайта NVIDIA (www.nvidia.ru). В их число входят как современные игры жанра экшн, к примеру Borderlands, так и выпущенные ранее.

В продолжение темы компьютерных игр, альтернативой затворному 3D является поляризационный метод. Для его реализации нужен монитор с поляризационным экраном, например Hyundai W220S. Объемное изображение становится доступно при наличии любой мощной видеокарты ATI или NVIDIA. Однако при этом разрешение снижается с 1680x1050 до 1680x525 точек, поскольку используется чересстрочный вывод кадров. Какие из игр поддерживают поляризационный метод, можно узнать в Интернете по адресу: www.ddd.com.

3D-фотоаппарат

Уже сегодня есть возможность получать трехмерные фотографии: фотокамера Fujifilm Finepix Real 3D W1 с помощью двух объективов и двух матриц способна фиксировать фотографии и даже короткие видеоролики с трехмерным пространственным эффектом. В качестве аксессуара для камеры предлагается цифровая фоторамка, демонстрирующая фото в формате 3D. Тот, кто захочет распечатать свои трехмерные снимки, может обратиться в онлайновый фотосервис Fuji. Стоимость одного отпечатка составляет около 5 евро, а срок доставки заказа из Великобритании, где печатаются фотографии, – почти две недели.

3D-сканер

3D-сканеры умеют сканировать по крайней мере сейчас небольшие предметы и сохранять их «объемные» изображения в виде файлов на жестком диске. При этом съемка объекта, как правило, производится двумя камерами. В зависимости от своей величины объект съемки либо вращается на специальной платформе, либо камеры движутся вокруг него. Цена и дата появления 3D-сканеров на массовом рынке еще не определены.

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 так же, как 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 так 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 (три ячейки на каждый пиксель).

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 может быть принципиально решена на физическом уровне путем нанесения на разрядные электроды диэлектрического защитного покрытия. Однако, такое простое на первый взгляд решение в корне меняет принцип работы всего устройства. Нанесенный диэлектрик не только защищает электроды, но и препятствует протеканию разрядного тока. На деле система электродов,покрытых диэлектриком, образует сложный конденсатор, через который протекают импульсы тока длительностью порядка сотни наносекунд и амплитудой в десятки ампер в моменты его перезаряда. При этом алгоритм управления с тановится более сложным и достаточно высокочастотным. Частота повторения импульсов сложной формы может достигать двухсот килогерц. Все это значительно усложняет схемотехнику системы управления, однако позволяет более, чем на порядок повысить яркость и долговечность экрана и дает возможность отображать полноцветное телевизионное и компьютерное изображение со стандартными кадровыми частотами.

В современных плазменных дисплеях, используемых в качестве мониторов для компьютера (причем конструкция является не наборной), 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). Пиксел в плазменном (газоразрядном) дисплее напоминает обычную люминесцентную лампу - ультрафиолетовое излучение электрически заряженного газа попадает на люминофор и возбуждает его, вызывая видимое свечение. В некоторых конструкциях люминофор наносится на переднюю поверхность ячейки, в других - на заднюю, а передняя поверхность при этом изготавливается прозрачной. 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 (триады). На компьютерном жаргоне такая глубина цвета называется “True Color” и считается вполне достаточной для передачи изображения фотографического качества. Столько же дают обычные ЭЛТ. Яркость экрана последней разработки - 320 кД на кв.м при контрастности 400:1. Профессиональный компьютерный монитор даёт 350 кД, а телевизор - от 200 до 270 кД на кв.м при контрастности 150...200:1.

Эта диаграмма дает краткий обзор плазменной технологии. Компоненты диаграммы:

Стадия электрического разряда

Стадия возбуждения эммитера

Внешний стеклянный слой

Диэлектрический слой

Слой Защиты

Электрод отображения (приема)

Поверхность разгрузки

Ультрафиолетовые лучи

Видимый свет

Барьерное преграждение

Флюоресценция (свечение)

Электрод Адреса (корнирующий)

Диэлектрический слой

Внутренний стеклянный слой

Технологию плазменных мониторов удобно представить в виде следующей схемы:

Функциональные возможности плазменного монитора

Экран обладает следующими функциональными возможностями и характеристиками:

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 цветовЭЛТ).

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;

Отсутствие геометрических искажений изображения.

Широкий температурный диапазон.

Отсутствие необходимости в юстировке изображения.

Механическая прочность плазменного монитора

Внедрение двух новых технологических структур резисторной и фосфорной позволило получить яркость и срок службы экрана на уровне, необходимом для практических применений. Новая фотолитографическая технология, а также метод станбластинга сделали возможным выполнить 40-дюймовую плазменную панель с высокой точностью.

Плазменная панель представляет собой матрицу газонаполненных ячеек, заключенных между двумя параллельными стеклянными пластинами, внутри которых расположены прозрачные электроды, образующие соответственно 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:

· суб-пиксель плазменной панели обладает следующими размерами 200 мкмЧ200 мкм Ч100 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 газом - неоном или ксеноном (реже используется He и/или Ar, или, чаще, их микс-смеси).

Люминофоры в пикселях плазменной панели обладают следующим составом:

· Зелёный: Zn 2 SiO 4: Mn 2+ / BaAl 12 O 19: Mn 2+ ; + / YBO 3: Tb / (Y, Gd) BO 3: Eu

· Красный: Y 2 O 3: Eu 3+ / Y 0,65 Gd 0,35 BO 3: Eu 3+

· Синий: BaMgAl 10 O 17: Eu 2+

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 не позволяет человеческому глазу замечать мерцания экрана.

Принцип действия монитора основан на плазменной технологии: используется эффект свечения инертного газа под воздействием электричества (примерно так же, как работают неоновые лампы).

Работа плазменной панели состоит из трех этапов:

1. Инициализация, в ходе которой происходит упорядочивание положения зарядов среды и её подготовка к следующему этапу (адресации). При этом на электроде адресации напряжение отсутствует, а на электрод сканирования относительно электрода подсветки подается импульс инициализации имеющий ступенчатый вид. На первой ступени этого импульса происходит упорядочивание расположения ионовой газовой среды, на второй ступени разряд в газе, а на третьей - завершение упорядочивания.

2. Адресация, в ходе которой происходит подготовка пикселя к подсвечиванию. На шину адресации подается 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 подается 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, меняя полярность 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.

Рисунок 1. Конструкция в ячейках

Таким образом, при подведении к электродам высокочастотного напряжения происходит ионизация газа или образование плазмы. В плазме происходит емкостный 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.

Работа плазменных мониторов очень похожа на работу 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 подается высокочастотное напряжение. 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 (иначе говоря, лампа дневного света). Основной принцип работы плазменной панели состоит в управляемом холодном разряде разреженного газа (ксенона или неона), находящегося в ионизированном состоянии (холодная плазма). Рабочим элементом (пикселем), формирующим отдельную точку изображения, является группа из трех субпикселей, ответственных за три основных цвета соответственно. Каждый субпиксель представляет собой отдельную микрокамеру, на стенках которой находится флюоресцирующее вещество одного из основных цветов. Пиксели находятся в точках пересечения прозрачных управляющих хром-медь-хромовых электродов, образующих прямоугольную сетку.

Рисунок 2. Конструкция в ячейке

Для того, чтобы "зажечь" пиксель, происходит приблизительно следующее. На питающий и управляющий электроды, ортогональные друг другу, в точке пересечения которых находится нужный пиксель, подается высокое управляющее переменное напряжение прямоугольной формы. Газ в ячейке отдает большую часть своих валентных электронов и переходит в состояние плазмы. Ионы и электроны попеременно собираются у электродов, по разные стороны камеры, в зависимости от фазы управляющего напряжения. Для "поджига" на сканирующий электрод подается импульс, одноименные потенциалы складываются, и вектор электростатического поля удваивает свою величину. Происходит разряд - часть заряженных ионов отдает энергию в виде излучения квантов света в ультрафиолетовом диапазоне (в зависимости от газа). В свою очередь, флюоресцирующее покрытие, находясь в зоне разряда, начинает излучать свет в видимом диапазоне, который и воспринимает наблюдатель. 97% ультрафиолетовой составляющей излучения, вредного для глаз, поглощается наружным стеклом. Яркость свечения люминофора определяется величиной управляющего напряжения.

Рисунок 3. Устройство ячейки цветной газоразрядной панели переменного тока

Высокая яркость (до 650 кд/м2) и контрастность (до 3000:

1) наряду с отсутствием дрожания являются большими преимуществами таких мониторов (Для сравнения: у профессионального ЭЛТ-монитора яркость равна приблизительно 350 кд/м2, а у телевизора - от 200 до 270 кд/м2 при контрастности от 150: 1 до 200:

1). Высокая четкость изображения сохраняется на всей рабочей поверхности экрана. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым увидеть нормальное изображение на плазменных мониторах, существенно больше, чем у LCD-мониторов. К тому же плазменные панели не создают магнитных полей (что служит гарантией их безвредности для здоровья), не страдают от вибрации, как ЭЛТ-мониторы, а их небольшое время регенерации позволяет использовать их для отображения видео - и телесигнала. Отсутствие искажений и проблем сведения электронных лучей и их фокусировки присуще всем плоскопанельным дисплеям. Необходимо отметить и стойкость PDP-мониторов к электромагнитным полям, что позволяет использовать их в промышленных условиях - даже мощный магнит, помещенный рядом с таким дисплеем, никак не повлияет на качество изображения. В домашних же условиях на монитор можно поставить любые колонки, не опасаясь возникновения цветных пятен на экране.

Главными недостатками такого типа мониторов является довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Кроме этого, свойства люминофорных элементов быстро ухудшаются, и экран становится менее ярким. Поэтому срок службы плазменных мониторов ограничен 10000 часами (это около 5 лет при офисном использовании). Из-за этих ограничений, такие мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, то есть там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации .