Устройство чёрно-белого кинескопа

ЭЛТ-мониторы

Первое с чего, пожалуй, стоит начать - это CRT-мониторы (Cathode Ray Tube), которые по правде говоря сегодня уже мало кому интересны. В основе всех подобных мониторов лежит катодно-лучевая трубка. По-русски говорят " электронно-лучевая трубка" (ЭЛТ). Используемая в этом типе мониторов технология была создана много лет назад и первоначально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, т.е. для осциллографа. Со временем развитие этой технологии, применительно к созданию мониторов, привело к производству все больших по размеру экранов (свыше 19" ) с высоким качеством и при низкой стоимости.

Если вкратце говорить о принципах работы ЭЛТ-мониторов, то можно обратить внимание на стеклянную вакуумную трубку, т.е. полость внутри которой полностью удален воздух. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором. В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и т.п. Люминофор - это вещество, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами. Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, которая испускает поток электронов сквозь металлическую маску или решетку на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками. Поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате, электроны приобретают большую энергию, часть из которой расходуется на свечение люминофора. Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, т.е. поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора и формируют изображение, которое можно видеть на мониторе. Как правило, в цветном ЭЛТ-мониторе используются три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах, которые на сегодняшний день уже не производятся

Для управления электронно-лучевой трубкой необходима и управляющая электроника, качество которой во многом определяет и качество монитора. Кстати, именно разница в качестве управляющей электроники, создаваемой разными производителями, является одним из критериев, определяющих разницу между мониторами с одинаковой электронно-лучевой трубкой. ЭЛТ можно разбить на два класса - трехлучевые с дельтаобразным расположением электронных пушек и с планарным расположением электронных пушек. В этих трубках применяются щелевые и теневые маски, хотя правильнее сказать, что они все теневые. Маска электронно-лучевой трубки является ее ключевым компонентом. Существует два основных типа масок кинескопов: теневая маска (Shadow Mask) и апертурная решетка (Aperture Grill), также называемая щелевой маской (Slot Mask). Оба типа мониторов обеспечивают превосходное качество изображения, тем не менее есть некоторые особенности.

Теневая маска - это самый распространенный тип масок для ЭЛТ-мониторов. Состоит она из металлической сетки перед частью стеклянной трубки с люминофорным слоем. Как правило, большинство современных теневых масок изготавливают из инвара, сплава железа и никеля. Отверстия в металлической сетке работают, как прицел, именно этим обеспечивается то, что электронный луч попадает только на требуемые люминофорные элементы, и только в определенных областях. Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета называется dot pitch, или шаг точки, и является индексом качества изображения. Шаг точки обычно измеряется в миллиметрах. Чем меньше значение шага точки, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изображения.

Щелевая маска - это технология, широко применялась компанией NEC, под именем " CromaClear". Это решение на практике представляет собой комбинацию двух технологий, описанных выше. В данном случае люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Фактически, вертикальные полосы разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов. Минимальное расстояние между двумя ячейками называется slot pitch, щелевой шаг. Чем меньше значение slot pitch, тем выше качество изображения на мониторе.

Мониторы с апертурной решеткой формируют более яркие изображения с более богатыми и насыщенными цветами. Экран кинескопа с апертурной решеткой представляет собой как бы часть цилиндра, поэтому он плоский только по вертикали. Эти трубки стали известны под именем Trinitron и впервые были представлены на рынке компанией Sony еще в 1982 году. Апертурная решетка - это тип маски, не включающий в себя металлическую решетку с отверстиями, как в случае с теневой маской, а имеющий решетку из вертикальных линий. Вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов, выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. Такая система обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии. Здесь минимальное расстояние между полосами люминофора одинакового цвета называется strip pitch, или шагом полосы и измеряется в миллиметрах. Чем меньше значение strip pitch, тем выше качество изображения на мониторе. Заметим при этом, что нельзя напрямую сравнивать размер шага для трубок разных типов: шаг точек (или триад) трубки с теневой маской измеряется по диагонали, в то время как шаг апертурной решетки, иначе называемый горизонтальным шагом точек, - по горизонтали. Поэтому при одинаковом шаге точек трубка с теневой маской имеет большую плотность точек, чем трубка с апертурной решеткой. Оба типа трубок имеют свои преимущества. Трубки с теневой маской дают более точное и детализированное изображение, поскольку свет проходит через отверстия в маске с четкими краями. Поэтому мониторы с такими ЭЛТ подходит для интенсивной и длительной работе с текстами и мелкими элементами графики, например в CAD/CAM-приложениях. Трубки с апертурной решеткой имеют более ажурную маску, она меньше заслоняет экран, и позволяет получить более яркое, контрастное изображение в насыщенных цветах. Мониторы с такими трубками хорошо подходят для приложений, ориентированных на работу с цветными изображениями.

В свою очередь, теневая маска дает возможность более точно воспроизводить детали изображения на экране монитора, при этом кинескопы с теневой маской имеют конструкцию с прямоугольным плоским экраном, который формирует изображения с гораздо большей точностью и с меньшими искажениями. Лучшие теневые маски сделаны из инвара – магнитного сплава железа с никелем, обладающего малым коэффициентом линейного расширения для того, чтобы выдерживать длительное воздействие высоких температур без искажения формы.

Выбор между мониторами с теневой маской или с апертурной решеткой зависит от предпочтения пользователя и прикладных программ, с которыми он работает. Для графических прикладных программ типа настольных издательских систем технология апертурной решетки часто предпочтительней из-за способности таких мониторов отображать цвета более четче и ярче. Однако, пользователи и разработчики систем автоматизированного проектирования, вероятно, предпочтут мониторы с теневой маской для создания точных чертежей и рисунков и лучшего воспроизведения их на более плоских экранах. Конечно, это деление весьма условно – сейчас уже созданы кинескопы по технологии апертурной решетки, но с абсолютно плоским экраном.

Как говорилось выше, кроме электронно-лучевой трубки внутри монитора есть еще и управляющая электроника, которая обрабатывает сигнал, поступающий напрямую от видеокарты ПК. Эта электроника должна оптимизировать усиление сигнала и управлять работой электронных пушек, которые инициируют свечение люминофора, создающего изображение на экране. Выводимое на экране монитора изображение выглядит стабильным, хотя, на самом деле, таковым не является.

Сегодня можно сказать с уверенностью - век мониторов с электронно-лучевой трубкой неотвратимо ушел в прошлое. Невероятно, но в свое время всего за каких-то полгода многостраничные журнальные обзоры новейших моделей традиционных мониторов уступили место обстоятельным описаниям свойств плоскопанельных дисплеев, прежде всего жидкокристаллических, а позже и плазменных. О них то мы и поговорим далее…

Принцип работы

В баллоне 9 создан глубокий вакуум — сначала выкачивается воздух, затем все металлические детали кинескопа нагреваются индуктором для выделения поглощённых газов, для постепенного поглощения остатков воздуха используется геттер.

Для того, чтобы создать электронный луч 2, применяется устройство, именуемое электронной пушкой. Катод 8, нагреваемый нитью накала 5, испускает электроны. Чтобы увеличить испускание электронов, катод покрывают веществом, имеющим малую работу выхода (крупнейшие производители ЭЛТ для этого применяют собственные запатентованные технологии). Изменением напряжения на управляющем электроде (модуляторе) 12 можно изменять интенсивность электронного луча и, соответственно, яркость изображения (также существуют модели с управлением по катоду). Кроме управляющего электрода, пушка современных ЭЛТ содержит фокусирующий электрод (до 1961 года в отечественных кинескопах применялась электромагнитная фокусировка при помощи фокусирующей катушки 3 с сердечником 11), предназначенный для фокусировки пятна на экране кинескопа в точку, ускоряющий электрод для дополнительного разгона электронов в пределах пушки и анод. Покинув пушку, электроны ускоряются анодом 14, представляющем собой металлизированное покрытие внутренней поверхности конуса кинескопа, соединённое с одноимённым электродом пушки. В цветных кинескопах со внутренним электростатическим экраном его соединяют с анодом. В ряде кинескопов ранних моделей, таких, как 43ЛК3Б, конус был выполнен из металла и представлял анод сам собой. Напряжение на аноде находится в пределах от 7 до 30 киловольт. В ряде малогабаритных осциллографических ЭЛТ анод представляет собой только один из электродов электронной пушки и питается напряжением до нескольких сот вольт.

Далее луч проходит через отклоняющую систему 1, которая может менять направление луча (на рисунке показана магнитная отклоняющая система). В телевизионных ЭЛТ применяется магнитная отклоняющая система как обеспечивающая большие углы отклонения. В осциллографических ЭЛТ применяется электростатическая отклоняющая система как обеспечивающая большее быстродействие.

Электронный луч попадает в экран 10, покрытый люминофором 4. От бомбардировки электронами люминофор светится и быстро перемещающееся пятно переменной яркости создаёт на экране изображение.

Люминофор от электронов приобретает отрицательный заряд, и начинается вторичная эмиссия — люминофор сам начинает испускать электроны. В результате вся трубка приобретает отрицательный заряд. Для того, чтобы этого не было, по всей поверхности трубки находится соединённый с анодом слой аквадага — проводящей смеси на основе графита (6).

Кинескоп подключается через выводы 13 и высоковольтное гнездо 7.

ЖК-дисплей

Жидкокристаллический дисплей (ЖК-дисплей, ЖКД, англ. Liquid crystal display, LCD), также Жидкокристаллический монитор (ЖК-монитор) — плоский дисплей на основе жидких кристаллов, а также монитор на основе такого дисплея.

LCD TFT (англ. Thin film transistor — тонкоплёночный транзистор) — разновидность жидкокристаллического дисплея, в котором используется активная матрица, управляемая тонкоплёночными транзисторами. Усилитель для каждого субпикселя применяется для повышения быстродействия, контрастности и чёткости изображения дисплея.

Жидкокристаллические дисплеи были разработаны в 1963 году в исследовательском центре Давида Сарнова (David Sarnoff) компании RCA (Принстон, штат Нью-Джерси).

Технические характеристики

Важнейшие характеристики ЖК-дисплеев:

· Разрешение — горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселях. В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК имеют одно фиксированное разрешение, остальные достигаются интерполяцией.

· Размер точки (размер пикселя) — расстояние между центрами соседних пикселей. Непосредственно связан с физическим разрешением.

· Соотношение сторон экрана (пропорциональный формат) — отношение ширины к высоте (5: 4, 4: 3, 3: 2 {15÷ 10} 8: 5 {16÷ 10}, 5: 3 {15÷ 9}, 16: 9 и др.)

· Видимая диагональ — размер самой панели, измеренный по диагонали. Площадь дисплеев зависит также от формата: монитор с форматом 4: 3 имеет большую площадь, чем с форматом 16: 9 при одинаковой диагонали.

· Контрастность — отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек при заданной яркости подсветки. В некоторых мониторах используется адаптивный уровень подсветки с использованием дополнительных ламп, приведённая для них цифра контрастности (так называемая динамическая) не относится к статическому изображению.

· Яркость — количество света, излучаемое дисплеем, обычно измеряется в канделах на квадратный метр.

· Время отклика — минимальное время, необходимое пикселю для изменения своей яркости. Составляется из двух величин:

· Время буферизации — input lag. Высокое значение мешает в динамичных играх; обычно умалчивается; измеряется сравнением с кинескопом в скоростной съёмке. Сейчас (2011) в пределах 20—50 мс; в отдельных ранних моделях достигало 200 мс.

· Время переключения — именно оно указывается в характеристиках монитора. Высокое значение ухудшает качество видео; методы измерения неоднозначны. Сейчас практически во всех мониторах заявленное время переключения составляет 2—6 мс.

· Угол обзора — угол, при котором падение контраста достигает заданного, для разных типов матриц и разными производителями вычисляется по-разному, и часто не подлежит сравнению. Некоторые производители указывают в тех. параметрах своих мониторов углы обзора такие к примеру как: CR 5: 1 — 176°/176°, CR 10: 1 — 170°/160°. Аббревиатура CR (contrast ratio) обозначает уровень контрастности при указанных углах обзора относительно перпендикуляра к экрану. При углах обзора 170°/160° контрастность в центре экрана снижается до значения не ниже чем 10: 1, при углах обзора 176°/176° не ниже чем до значения 5: 1.

· Тип матрицы: технология, по которой изготовлен ЖК-дисплей.

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. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.

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.

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[4] 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[источник не указан 372 дня].

· 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.

· Вопреки расхожему мнению пиксели ЖК-мониторов деградируют, хотя скорость деградации наименьшая из всех технологий отображения, за исключением лазерных дисплеев, не подверженных деградации пикселей.

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

Пассивная матрица

За свою не столь долгую историю жидкокристаллические матрицы, а, следовательно, и мониторы на жидких кристаллах успели пережить смену нескольких поколений. Самыми первыми появились LCD-мониторы с так называемой пассивной матрицей, активно использовавших технологию STN (Super Twisted Nematic), которая увеличивала угол кручения молекул внутри матрицы монитора до 270°, повышая тем самым общую контрастность изображения. Пассивные мониторы подразумевали наличие обособленных электродов, каждый их которых отвечал за формирование отдельного пикселя изображения независимо от других, т.е. подсветка осуществлялась попиксельно.

Сам термин " пассивная" указывал на то, что электроемкость каждой ячейки требовала определенного времени на смену напряжения, что в результате приводило к тому, что все изображения перерисовывалось довольно долго, буквально строка за строкой. Таким образом, на пассивных матрицах еще можно было работать в офисных программах, в то время, как динамическое изображение казалось заторможенным и размазанным. Кроме того, электроды довольно часто интерферировали друг с другом, создавая тем самым некрасивые разводы.

В первых панелях с пассивной матрицей верхние и нижние слои были поляризованы перпендикулярно друг другу и кристаллы между верхней и нижней поверхностями поворачивались всего на 90°. При этом контрастность получалась очень низкой, а время отклика ячеек слишком большим. Такой подход хорош для дисплеев с малой информационной емкостью, но непригоден для компьютерных дисплеев. В дисплеях на суперскрученных нематических элементах больший угол поворота достигается благодаря применению веществ с иным химическим составом. При повороте на 180 или 270° качество изображения улучшается.

С увеличением угла поворота возрастает поляризация, но одновременно свет может оказаться окрашенным. Из-за этого ЖК-экраны первых портативных ПК имели характерные голубой и желтый оттенки. В двойной панели на суперскрученных нематических элементах DSTN (Dual STN) этот недостаток устраняется применением двух ЖК-слоев, каждый из которых придает кристаллам поворот в противоположном направлении. Но панели DSTN поглощают больше света и сложнее в изготовлении. Более простой подход - уменьшить эффект окрашивания с помощью компенсационных пленочных элементов. В большинстве современных цветных панелей с пассивной матрицей используется технология с пленочной компенсацией FSTN (Film Compensated STN).

Одно из последних усовершенствований технологии дисплеев с пассивной матрицей - метод двойного сканирования, который заключается в разделении панели по горизонтали на две равные части. Сканирование верхней и нижней половин производится одновременно, что позволяет увеличить частоту обращения к каждой ячейке ЖК-дисплея, повысить контрастность и качество цветопередачи, снизить время отклика. Панели с двойным сканированием по-прежнему широко применяются в средних и недорогих ноутбуках. Однако, мониторы для персональных компьютеров изготавливаются уже по другим принципам.

Активная матрица

TFT, или Thin-film transistor, это технология, применяющаяся в создании жидкокристаллических матриц, ЖК-экранов. Такие матрицы используются в различных видах устройств: телевизорах, компьютерных дисплеях, экранах мобильных телефонов и видоискателях фотокамер.

Thin-film transistor в переводе с английского – это тонкопленочный транзистор. Такими тонкопленочными транзисторами управляется TFT-матрица, которую еще называют активной. По сравнению с пассивной ЖК-матрицей, активная матрица обладает гораздо большим быстродействием дисплея, более высоким уровнем четкости и контрастности изображения, а также большим углом видимости. Мерцание экрана тоже отсутствует. Пиксели активной матрицы сами генерируют световое излучение нужного цвета, поэтому дисплей TFT ярче, чем дисплеи с пассивной матрицей.

Всему этому способствует более высокая частота обновления изображения, поскольку каждая точка экрана управляется отдельным транзистором. Таким образом, число транзисторов в стекле TFT в три раза превышает число пикселей, ведь один пиксель состоит из 3 цветных ячеек – красной, зеленой и синей (система RGB). К примеру, матрица с разрешением 1280 x 1024 пикселей будет иметь 3840 x 1024 транзисторов. Тонкопленочные транзисторы изготавливаются из тонких пленок толщиной 0, 1 - 0, 01 микрона.

TFT-дисплеи впервые появились в 1972 году. На сегодняшний день технология TFT используется практически всеми производителями плоских мониторов и телевизионных экранов. К недостаткам таких дисплеев относится то, что из-за сложных технологий они стоят дороже и потребляют больше энергии. Из-за большого количества пикселей среди них чаще встречаются битые, то есть неработающие пиксели. Стоит отметить, однако, что битые пиксели на активной матрице заметны менее, чем, к примеру, на дисплеях двойного сканирования.

Плазменные маниторы

Идея использования газового разряда в средствах отображения не нова. Подобные устройства выпускались много лет назад в СССР вРязани 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 размогли 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).

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).

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. рис. 2). Пиксели находятся в точках пересечения прозрачных управляющих хром-медь-хромовых электродов, образующих прямоугольную сетку.

Рисунок 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.

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.

Преимущества Газоразрядных мониторов:

· Компактность (глубина не превышает 10 - 15 см) и легкость при достаточно больших размерах экрана (40 - 50 дюймов).

· Малую толщину - газоразрядная панель имеет толщину около одного сантиметра или менее, а управляющая электроника добавляет еще несколько сантиметров.

· Высокую скорость обновления (примерно в пять раз лучше, чем у ЖК-панели).

· Отсутствие мерцаний, и смазывания движущихся объектов, возникающих при цифровой обработке. поскольку отсутствует гашение экрана на время обратного хода, как в ЭЛТ.

· Высокая яркость, контрастность и четкость при отсутствии геометрических искажений.

· 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.

· Большой угол обзора, достигающий 160° и более.

· Отсутствие рентгеновского и других вредных для здоровья излучений, поскольку не используются высокие напряжения.

· Невосприимчивость к воздействию магнитных полей.

· Не страдают от вибрации, как ЭЛТ-мониторы.

· Широкий температурный дипазон.

· Небольшое время отклика (время между посылкой сигнала на изменение яркости пикселя и фактическим изменением) позволяет использовать их для отображения видео- и телесигнала.

· Плазменный экран можно снимать видеокамерой, и картинка при этом не дрожит, так как используется другой принцип отображения информации

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 при 5-летнем использовании в офисе).

Из-за этих ограничений такие мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, т.е. там, где требую

12 3 4 5 Следующая ⇒