Плазменный монитор. Устройство и принцип работы плазменной панели Как и что померить в плазменных панелях

"У меня дома ПЛАЗМА ", - не правда ли, красиво звучит, под этим понимается что-то очень большое и красивое Сейчас "плазмой" дразнят практически все плоские телевизоры, даже маленькие. Согласитесь, слово "плазма" звучит гораздо круче, чем ЖК или LCD, LED (какой-то непонятный набор букв ), этим и объясняется подсознательная тяга к чему-то такому огромному и завораживающе-непонятному слову плазма . И действительно, когда видишь перед собой такою плазменную панель:

то стоишь перед ней и не понимаешь, почему она ещё не у меня дома? Ну что ж, давайте всё-таки разберёмся, что же такое плазменная панель и как она работает. Кто не очень сильно храпел на уроках физики, помнит, что вещество (вода, к примеру или металл...) может находится в трёх состояниях: твёрдом (лёд), жидком (вода) или газообразном (пар), так вот, плазма - это четвёртое состояние вещества. Она представляет собой ионизированный газ (газ, в котором очень много заряженных частичек, как воздух после грозы, только гораздо сильнее)

Если в газ (нейтральный) запустить очень много электронов (они имеют отрицательный заряд "-"), они будут сталкиваться с атомами газа и выбивать из них другие электроны. Атом , потеряв электроны, становится ионом (имеет положительный заряд "+"). Когда электрический ток проходит через образовавшуюся плазму, отрицательно и положительно заряженные частицы притягиваются друг к другу, столкновения "возбуждают" атомы газа в плазме, заставляя их высвобождать энергию в виде фотонов .

В плазменных панелях используются в основном инертные газы - неон и ксенон . В состоянии "возбуждения" они испускают свет в ультрафиолетовом диапазоне, невидимом для человеческого глаза, однако, его можно использовать для высвобождения фотонов видимого спектра

Патент на изобретение "плазменной панели", хотя правильнее говорить "плазменного дисплея" был выписан в 1964 на имена трёх человек: Дональда Битцера , Жене Слоттова и Роберта Вильсона . Первый плазменный дисплей состоял всего из одного пикселя (!!!), естественно, что из него никакого изображения, кроме точки, получить было нельзя, тут был важен сам принцип. Не прошло и десяти лет, как приемлемые результаты были достигнуты, в 1971 году фирме Owens-Illinois была продана лицензия на производство дисплеев Digivue .

В 1983 году Университет Иллинойса заработал ни много ни мало, миллион долларов за продажу лицензии "на плазму" компании IBM - сильнейшему игроку, на то время, в области компьютерных технологий. Перед Вами модель 1981 года "PLATO V ", с монохроматическим дисплеем оранжевого свечения:

Всё бы хорошо, да только LCD дисплеи, появившиеся в начале 90-х, стали уверенно вытеснять "плазму" с рынка. К сожалению, создать маленькие пиксели (как у LCD) было не так просто, да и яркость с контрастностью оставляли желать лучшего

Никто не знает, чтобы было дальше, если бы технологией плазменных панелей не занялась компания "Matsushita ", известная сейчас как "Panasonic ". В 1999 году был, наконец, создан, перспективный 60-дюймовый прототип с замечательными яркостью и контрастностью, превосходящими их "жидкокристаллические" аналоги Вот как выглядит плазменный телевизор без задней крышки:

Давайте посмотрим, как устроена плазменная панель и каким образом она работает. В плазменных панелях ксенон и неон содержится в сотнях маленьких микрокамер , расположенных между двумя стеклами. С обеих сторон, между стеклами и микрокамерами, располагаются два длинных электрода . Управляющие электроды расположены под микрокамерами, вдоль тылового стекла. Прозрачные сканирующие электроды , окруженные слоем диэлектрика и покрытые защитным слоем оксида магния, расположены над микрокамерами, вдоль фронтального стекла

Электроды расположены крест-накрест во всю ширину экрана. Сканирующие электроды расположены горизонтально, а управляющие электроды – вертикально. Как вы можете видеть ниже, на диаграмме, вертикальные и горизонтальные электроды формируют прямоугольную сетку. Для ионизации газа в определенной микрокамере, процессор заряжает электроды непосредственно на пересечении с этой микрокамерой. Тысячи подобных процессов происходят за долю секунды, заряжая по очереди каждую микрокамеру.

Когда пересекающиеся электроды заряжены (один отрицательно, а другой положительно), через газ в микрокамере проходит электрический разряд . Как было сказано ранее, этот разряд приводит заряженные частицы в движение, вследствие чего атомы газа испускают фотоны ультрафиолета , которые, в свою очередь, заставляют светиться фосфорное покрытие микрокамер, выбивая из них фотоны основных видимых цветов .

Каждый пиксель плазменной панели состоит из трёх микрокамер (субпикселей): красного зелёного и синего (как в кинескопных телевизорах), чем меньше размер пикселей в дисплее, тем более чётким получается изображение

Плазменные дисплеи отличаются хорошей яркостью, чёткостью и красивой цветопередачей . В отличии от LCD и LED (жидкокристаллических дисплеев), которые работают на "просветку", плазма светит сама , обеспечивая красивый и глубокий чёрный цвет и замечательную контрастность изображения практически с любого угла обзора. Цифровых тормозов и глюков на ней практически незаметно, однако, разер пикселей немного больше, чем у ЖК, поэтому размер плазменной панели (обычно) начинается от 32 дюймов

К недостаткам плазмы можно отнести немалую стоимость и большое потребление электроэнергии. Если у Вас дома есть маленькие дети, учтите, что одного удара мячиком или другой игрушкой может быть достаточно для того, чтобы вся плазменная панель отправилась на свалку (там нет 5-10 сантиметрового стекла перед экраном, как в кинескопах)

Частые вопросы: выгорают ли пиксели на плазме и радиоактивное излучение ? Ультрафиолет действительно опасен, но, благодаря переднему защитному стеклу, величина его опасности равна нулю. Вы пробовали позагорать за стеклом? Тут тоже самое, стекло не пропускает ультрафиолетовые лучи, поэтому опасаться абсолютно нечего. Выгорание пикселей - хоть многие утверждают, что его нет, но оно есть , поэтому не нужно долгое время оставлять неподвижную картинку на экране (долго - это несколько дней, за час-два ничего не случится)

Помните, что телевизор с плазменной панелью, какой бы он не был хороший, тоже может выйти из строя, а его ремонт - вещь весьма сложная и недешёвая, покупая такого красавца, как на картинке, будьте готовы к его соответствующему обслуживанию.

На лицевой стороне экрана и адресными электродами, проходящими по его задней стороне. Газовый разряд вызывает ультрафиолетовое излучение , которое, в свою очередь, инициирует видимое свечение люминофора. В цветных плазменных панелях каждый пиксель экрана состоит из трёх идентичных микроскопических полостей, содержащих инертный газ (ксенон) и имеющих два электрода, спереди и сзади. После того, как к электродам будет приложено сильное напряжение, плазма начнёт перемещаться. При этом она излучает ультрафиолетовый свет, который попадает на люминофоры в нижней части каждой полости. Люминофоры излучают один из основных цветов: красный, зелёный или синий. Затем цветной свет проходит через стекло и попадает в глаз зрителя. Таким образом, в плазменной технологии пиксели работают, подобно люминесцентным трубкам, но создание панелей из них довольно проблематично. Первая трудность - размер пикселя. Суб-пиксель плазменной панели имеет объём 200 мкм x 200 мкм x 100 мкм, а на панели нужно уложить несколько миллионов пикселей, один к одному. Во-вторых, передний электрод должен быть максимально прозрачным. Для этой цели используется оксид индия и олова, поскольку он проводит ток и прозрачен. К сожалению, плазменные панели могут быть такими большими, а слой оксида настолько тонким, что при протекании больших токов на сопротивлении проводников будет падение напряжения, которое сильно уменьшит и исказит сигналы. Поэтому приходится добавлять промежуточные соединительные проводники из хрома - он проводит ток намного лучше, но, к сожалению, непрозрачен.

Наконец, требуется подобрать правильные люминофоры. Они зависят от требуемого цвета:

• Зелёный: Zn 2 SiO 4:Mn 2+ / BaAl 12 O 19:Mn 2+
• Красный: Y 2 O 3:Eu 3+ / Y0,65Gd 0,35 BO 3:Eu 3
• Синий: BaMgAl 10 O 17:Eu 2+

Три этих люминофора дают свет с длиной волны между 510 и 525 нм для зелёного, 610 нм для красного и 450 нм для синего. Последней проблемой остаётся адресация пикселей, поскольку, как мы уже видели, чтобы получить требуемый оттенок нужно менять интенсивность цвета независимо для каждого из трёх суб-пикселей. На плазменной панели 1280x768 пикселей присутствует примерно три миллиона суб-пикселей, что даёт шесть миллионов электродов. Как вы понимаете, проложить шесть миллионов дорожек для независимого управления суб-пикселями невозможно, поэтому дорожки необходимо мультиплексировать. Передние дорожки обычно выстраивают в цельные строчки, а задние - в столбцы. Встроенная в плазменную панель электроника с помощью матрицы дорожек выбирает пиксель, который необходимо зажечь на панели. Операция происходит очень быстро, поэтому пользователь ничего не замечает, - подобно сканированию лучом на ЭЛТ-мониторах.

Немного истории.

Первый прототип плазменного дисплея появился в 1964 году. Его сконструировали ученые Иллинойского университета Битцер и Слоттоу как альтернативу кинескопному экрану для компьютерной системы Plato. Дисплей этот был монохромным, не требовал дополнительной памяти и сложных электронных схем и отличался высокой надежностью. Его предназначением было в основном индицировать буквы и цифры. Однако в качестве компьютерного монитора он так и не успел, как следует реализоваться, поскольку благодаря полупроводниковой памяти, появившейся в конце 70-х, кинескопные мониторы оказались дешевле в производстве. Зато плазменные панели благодаря малой глубине корпуса и большому экрану получили распространение в качестве информационных табло в аэропортах, вокзалах и на биржах. Информационными панелями плотную занялась компания IBM, а в 1987 году бывший студент Битцера, доктор Лэрри Вебер, основал компанию Plasmaco, которая занялась производством монохромных плазменных дисплеев. Первый же цветной плазменный дисплей 21" был представлен фирмой Fujitsu в 1992 году. Разрабатывался он совместно с конструкторским бюро Иллинойского университета и компанией NHK. А в 1996 Fujitsu покупает компанию Plasmaco со всеми ее технологиями и заводом, и выбрасывает на рынок первую коммерчески успешную панель плазмы – Plasmavision с экраном разрешения 852 х480 диагональю 42" с прогрессивной разверткой. Началась продажа лицензий другим производителям, первым среди которых стал Pioneer. Впоследствии, активно развивая плазменную технологию, Pioneer, пожалуй, больше всех остальных преуспел на плазменном поприще, создав целый ряд великолепных моделей плазмы.

При всем ошеломляющем коммерческом успехе плазменных панелей качество изображения поначалу было, мягко сказать, удручающим. Стоили же они баснословных денег, но быстро завоевали аудиторию благодаря тому, что выгодно отличались от кинескопных монстров плоским корпусом, дававшим возможность повесить телевизор на стену, и размерами экрана: 42 дюйма по диагонали против 32 (максимум для кинескопных телевизоров). В чем же был основной дефект первых плазменных мониторов? Дело в том, что при всей красочности картинки они совершенно не справлялись с плавными цветовыми и яркостными переходами: последние распадались на ступеньки с рваными краями, что на подвижном изображении выглядело вдвойне ужасно. Оставалось только гадать, отчего возникал данный эффект, о котором, как будто сговорившись, ни слова не писали средства массовой информации, превозносившие новые плоские дисплеи. Однако лет через пять, когда сменилось несколько поколений плазмы, ступеньки стали встречаться все реже, да и по другим показателям качество изображения стало стремительно расти. К тому же помимо 42-дюймовых появились панели 50" и 61". Постепенно росло и разрешение, и где-то на этапе перехода к 1024 х 720 плазменные дисплеи были, что называется, в самом соку. Совсем же недавно плазма успешно переступила новый порог качества, войдя в привилегированный круг устройств Full HD. В настоящее время наиболее популярными являются размеры экрана 42 и 50 дюймов по диагонали. В придачу к стандартному 61" появился размер 65", а также рекордный 103". Впрочем, настоящий рекорд только грядет: компания Matsushita (Panasonic) недавно анонсировала панель 150"! Но это, как и модели 103" (кстати, на основе панелей Panasonic плазмы такого же размера производит известная американская компания Runco), штука неподъемная как в прямом, так и в еще более прямом смысле (вес, цена).

Технологи плазменных панелей.

Просто о сложном.

Вес был упомянут неспроста: плазменные панели очень много весят, особенно модели больших размеров. Это является следствием того, что плазменная панель в основном состоит из стекла, если не считать металлическое шасси и пластиковый корпус. Стекло здесь необходимо и незаменимо: оно останавливает вредное ультрафиолетовое излучение. По этой же причине никто не производит люминесцентные лампы из пластика, только из стекла.

Вся конструкция плазменного экрана - это два листа стекла, между которыми находится ячеистая структура пикселей, состоящих из триад субпикселей - красных, зеленых и голубых. Ячейки заполнены инертными, т. н. «благородными» газами - смесью неона, ксенона, аргона. Проходящий через газ электрический ток заставляет его светиться. По сути, плазменная панель представляет собой матрицу из крошечных флуоресцентных ламп, управляемых при помощи встроенного компьютера панели. Каждый пиксель-ячейка является своеобразным конденсатором с электродами. Электрический разряд ионизирует газы, превращая их в плазму - т. е. электрически нейтральную, высокоионизированную субстанцию, состоящую из электронов, ионов и нейтральных частиц. На самом деле каждый пиксель делится на три субпикселя, содержащих красный(R), зеленый(G) либо синий(B) люминофор: Зелёный: Zn2SiO4:Mn2+ / BaAl12O19:Mn2+ Красный: Y2O3:Eu3+ / Y0,65Gd0,35BO3:Eu3 Синий: BaMgAl10O17:Eu2+ Три этих люминофора дают свет с длиной волны между 510 и 525 нм для зелёного, 610 нм для красного и 450 нм для синего. Фактически вертикальные ряды R, G и B просто поделены на отдельные ячейки горизонтальными перетяжками, что делает структуру экрана очень похожей на масочный кинескоп обычного телевизора. Сходство с последним еще и в том, что здесь используется тот же цветной фосфор, которым покрыты изнутри ячейки субпикселей. Только поджог фосфорного люминофора осуществляется не электронным лучом, как в кинескопе, а ультрафиолетовым излучением. Для создания разнообразных оттенков цветов интенсивность свечения каждого субпикселя контролируется независимо. В кинескопных телевизорах это делается путем изменения интенсивности потока электронов, в `плазме` - при помощи 8-битной импульсной кодовой модуляции. Общее число цветовых комбинаций в этом случае достигает 16,777,216 оттенков.

Как получается свет. Основа каждой плазменной панели - это собственно плазма, т. е. газ, состоящий из ионов (электрически заряженных атомов) и электронов (отрицательно заряженных частиц). В нормальных условиях газ состоит из электрически нейтральных, т. е. не имеющих заряда частиц.

Если ввести в газ большое число свободных электронов, пропустив через него электрический ток, ситуация меняется радикально. Свободные электроны сталкиваются с атомами, `выбивая` все новые и новые электроны. Без электрона меняется баланс, атом приобретает положительный заряд и превращается в ион.

Когда электрический ток проходит через образовавшуюся плазму, отрицательно и положительно заряженные частицы стремятся друг к другу.

Среди всего этого хаоса частицы постоянно сталкиваются. Столкновения `возбуждают` атомы газа в плазме, заставляя их высвобождать энергию в виде фотонов в ультрафиолетовом спектре.

При попадании фотонов на люминофор, частицы последнего возбуждаются, испускают свои собственные фотоны, но они уже окажутся видимы и приобретут форму световых лучей.

Между стеклянными стенками располагаются сотни тысяч ячеек, покрытых люминофором, который светится красным, зеленым и голубым светом. Под видимой стеклянной поверхностью - по всему экрану - расположены длинные, прозрачные дисплейные электроды, изолированные сверху листом диэлектрика, а снизу слоем оксида магния (MgO).

Чтобы процесс был стабильным и управляемым, необходимо обеспечить достаточное количество свободных электронов в толще газа плюс достаточно высокое напряжение (порядка 200 В), которое заставит ионный и электронные потоки двигаться навстречу друг другу.

А чтобы ионизация происходила мгновенно, помимо управляющих импульсов на электродах присутствует остаточный заряд. К электродам управляющие сигналы подводятся по горизонтальным и вертикальным проводникам, образующим адресную сетку. Причем вертикальные (дисплейные) проводники представляют собой токопроводящие дорожки на внутренней поверхности защитного стекла с передней стороны. Они прозрачны (слой окиси олова с примесью индия). Горизонтальные же (адресные) металлические проводники располагаются с тыльной стороны ячеек.

Ток течет от дисплейных электродов (катодов) к анодным пластинкам, повернутым под углом 90 градусов относительно дисплейных электродов. Защитный слой служит для исключения прямого контакта с анодом.

Под дисплейными электродами располагаются уже упомянутые нами ячейки пикселей RGB, выполненные в форме крохотных коробочек, изнутри покрытых цветным люминофором (каждая „цветная“ коробочка - красная, зеленая или голубая - называется подпикселем). Под ячейками находится конструкция из адресных электродов, расположенных под углом 90 градусов к дисплейным электродам и проходящих через соответствующие цветные подпиксели. Следом располагается защитный для адресных электродов уровень, закрытый задним стеклом.

Прежде, чем плазменный дисплей будет запаян, в пространство между ячейками впрыскивается под низким давлением смесь двух инертных газов - ксенона и неона. Для ионизации конкретной ячейки создается разность напряжений между дисплейным и адресным электродами, расположенными друг напротив друга выше и ниже ячейки.

Немного реалий.

На самом деле структура реальных плазменных экранов гораздо сложнее, да и физика процесса совсем не так проста. Помимо описанной выше матричной сетки существует и другая разновидность - сопараллельная, предусматривающая дополнительный горизонтальный проводник. Кроме этого, тончайшие металлические дорожки дублируют для выравнивания потенциала последних по всей длине, которая довольно значительна (1 м и более). Поверхность электродов покрыта слоем окиси магния, который выполняет изолирующую функцию и одновременно обеспечивает вторичную эмиссию при бомбардировке положительными ионами газа. Существуют и различные типы геометрии пиксельных рядов: простая и «вафельная» (ячейки разделены двойными вертикальными стенками и горизонтальными перемычками). Прозрачные электроды могут выполняться в форме двойного Т или меандра, когда они как бы переплетаются с адресными, хотя и находятся в разных плоскостях. Существует множество и других технологических хитростей, направленных на повышение эффективности плазменных экранов, которая изначально была довольно низкой. С этой же целью производители варьируют газовый состав ячеек, в частности, увеличивают процентное содержание ксенона с 2 до 10%. Кстати, газовая смесь в ионизированном состоянии слегка светится и сама по себе, поэтому, дабы устранить загрязнение спектра люминофоров этим свечением, в каждой ячейке устанавливают миниатюрные светофильтры.

Управление сигналом.

Последней проблемой остаётся адресация пикселей, поскольку, как мы уже видели, чтобы получить требуемый оттенок нужно менять интенсивность цвета независимо для каждого из трёх субпикселей. На плазменной панели 1280x768 пикселей присутствует примерно три миллиона субпикселей, что даёт шесть миллионов электродов. Как вы понимаете, проложить шесть миллионов дорожек для независимого управления субпикселями невозможно, поэтому дорожки необходимо мультиплексировать. Передние дорожки обычно выстраивают в цельные строчки, а задние - в столбцы. Встроенная в плазменную панель электроника с помощью матрицы дорожек выбирает пиксель, который необходимо зажечь на панели. Операция происходит очень быстро, поэтому пользователь ничего не замечает, - подобно сканированию лучом на ЭЛТ-мониторах. Управление пикселями осуществляется с помощью трех типов импульсов: стартовых, поддерживающих и гасящих. Частота - порядка 100 кГц, хотя известны идеи дополнительной модуляции управляющих импульсов радиочастотами (40 МГц), что обеспечит более равномерную плотность разряда в толще газа.

По сути, управление свечением пикселей носит характер дискретной широтно-импульсной модуляции: пикселей светятся ровно столько, сколько длится поддерживающий импульс. Длительность же его при 8-битной кодировке может принимать 128 дискретных значений, соответственно, получается такое же количество градаций яркости. Уж не в этом ли была причина рваных градиентов, распадающихся на ступеньки? Плазма более поздних поколений постепенно наращивала разрешение: 10, 12, 14 бит. Последние модели Runco, относящиеся к категории Full HD, используют 16-битную обработку сигнала (вероятно, и кодировку также). Так или иначе, ступеньки исчезли и больше, будем надеяться, не появятся.

Помимо самой панели.

Постепенно совершенствовалась не только сама панель, но и алгоритмы обработки сигнала: масштабирования, прогрессивного преобразования, компенсации движений, подавления шумов, оптимизации цветосинтеза и пр. У каждого производителя плазмы появился свой набор технологий, частично дублирующий чужие под другими названиями, но частично и свои. Так, почти все использовали алгоритмы масштабирования и адаптивного прогрессивного преобразования DCDi Faroudja, в то время как некоторые заказывали оригинальные разработки (например, Vivix у Runco, Advanced Video Movement у Fujitsu, Dynamic HD Converter у Pioneer и т. д.). В целях повышения контрастности вносились коррективы в структуру управляющих импульсов и напряжений. Для увеличения яркости в форму ячеек вводились дополнительные перемычки для увеличения покрытой люминофором поверхности и снижения засветки соседних пикселей (Pioneer). Постепенно росла роль «интеллектуальных» алгоритмов обработки: вводилась покадровая оптимизация яркости, система динамического контраста, продвинутые технологии цветосинтеза. Корректировки в исходный сигнал вносились не только исходя из характеристик самого сигнала (насколько темным или светлым являлся текущий сюжет или насколько быстро движутся объекты), но и из уровня внешней освещенности, который отслеживался с помощью встроенного фотосенсора. С помощью продвинутых алгоритмов обработки удалось достичь просто фантастических успехов. Так, компания Fujitsu путем интерполяционного алгоритма и соответствующих доработок процесса модуляции добилась увеличения количества градаций цвета в темных фрагментах до 1019, что намного превышает собственные возможности экрана при традиционном подходе и соответствует чувствительности человеческого зрительного аппарата (технология Low Brightness Multi Gradation Processing). Эта же компания разработала метод раздельной модуляции четных и нечетных управляющих горизонтальных электродов (ALIS), который затем использовался в моделях Hitachi, Loewe и др. Метод давал повышенную четкость и уменьшал зубчатость наклонных контуров даже без дополнительной обработки, в связи, с чем в спецификациях использовавших его моделей плазмы появился необычный показатель разрешения 1024 × 1024. Такое разрешение, конечно, являлось виртуальным, но эффект оказался весьма впечатляющим.

Достоинства и недостатки.

Плазма - это дисплей, который, подобно кинескопному телевизору, не использует светоклапаны, а излучает уже модулированный свет непосредственно фосфорными триадами. Это в определенной степени роднит плазму с электронно-лучевыми трубками, столь привычными и доказавшими свою состоятельность на протяжении нескольких десятилетий.

У плазмы заметно более широкий охват цветового пространства, что также объясняется спецификой цветосинтеза, который формируется «активными» фосфорными элементами, а не путем пропускания светового потока лампы через светофильтры и светоклапаны.

Кроме того, ресурс плазмы около 60000 часов.

Итак, плазменные телевизоры это:

Большой размер экрана + компактность + отсутствие элемента мерцания; - Высокая четкость изображение; - Плоский экран, не имеющий геометрических искажений; - Угол обзора 160 градусов по всем направлениям; - Механизм не подверженный влиянию магнитных полей; - Высокие разрешение и яркость изображения; - Наличие компьютерных входов; - Формат кадра 16:9 и наличие режима прогрессивная развертка.

В зависимости от ритма пульсации тока, который пропускается через ячейки, интенсивность свечения каждого субпикселя, контроль над которым осуществлялся независимо, будет разной. Увеличивая или уменьшая интенсивность свечения, можно создавать разнообразные цветовые оттенки. Благодаря такому принципу работы плазменной панели удаётся получить высокое качество изображения без цветовых и геометрических искажений. Слабой стороной является относительно низкая контрастность. Это связано с тем, что на ячейки постоянно должен подаваться ток низкого напряжения. В противном случае время отклика пикселей (их загорание и затухание) будет увеличено, что недопустимо.

Теперь о недостатках.

Передний электрод должен быть максимально прозрачным. Для этой цели используется оксид индия и олова, поскольку он проводит ток и прозрачен. К сожалению, плазменные панели могут быть такими большими, а слой оксида настолько тонким, что при протекании больших токов на сопротивлении проводников будет падение напряжения, которое сильно уменьшит и исказит сигналы. Поэтому приходится добавлять промежуточные соединительные проводники из хрома - он проводит ток намного лучше, но, к сожалению, непрозрачен. Боится плазма и не очень деликатной транспортировки. Потребление электроэнергии весьма значительное, хотя в последних поколениях его удалось существенно снизить, заодно исключив и шумные вентиляторы охлаждения.

Если у вас назрела необходимость в смене старого телевизора на что-то более новое или покупке домашнего кинотеатра, то следует подумать и об источнике высококлассного изображения: плазменной панели. Принцип её работы основан на свечении благородных газов под воздействием напряжения. Плазменные панели имеют множество достоинств и недостатков способных колебаться даже матёрого покупателя, вопрос выбора стоит менее остро: актуален вопрос "А стоит ли её покупать вообще?".

Среди достоинств плазменных панелей следует отметить следующее:

• Высокая контрастность. Наилучшая, по сравнению с жидкокристаллическими (ЖК) и электролучевыми (ЭЛТ) мониторами и телевизорами. Картинка выглядит очень насыщенно и качественно, именно поэтому плазменные панели предпочитаемы при построении .
• Плазменные панели не имеют инерционности свойственной с ЖК панелям, время отклика таких панелей невелико. Поэтому динамичные сцены будут выглядеть естественно, без волочащихся за бегущим персонажем шлейфов.
• По сравнению с ЖК панелями плазменные имеют большой угол обзора, свойства и качество картинки не изменяются в зависимости от того, с какой позиции вы на неё смотрите.
• По сравнению с ЭЛТ они имеют очень высокую чёткость изображения, обусловленную тем, что нет проблем со сведением лучей, характерных для ЭЛТ.
• По сравнению с ЭЛТ нет мерцания изображения, следовательно при длительном просмотре не .
• Они нечувствительны к электромагнитным полям. Дело в том, что при изготовлении колонок акустики используются магнитные материалы, потому их нельзя располагать вблизи ЭЛТ панелей. Плазменные же панели лишены этого недостатка.

• Очень высокая цена - порядка нескольких тысяч долларов.
• Высокое энергопотребление. К примеру, ЖК-мониторы аналогичного размера потребляют в несколько раз меньше.
• Вследствие высокого энергопотребления плазменные панели серьёзно греются, поэтому приходится применять принудительное охлаждение - вентиляторы. А это означает, что вентилятор будет шуметь. Впрочем, следует сказать, что производители применяют вентиляторы с пониженым уровнем шумов и, кроме того, зритель находится достаточно далеко от самой панели.
• Плазменные панели имеют тот же недостаток, что и ЭЛТ-телевизоры: у них выгорает люминофор. Особенно на неподвижных участках изображения, например на логотипах телеканалов. Это означает, что в качестве телевизора их использовать менее предпочтительно. Хотя производители активно борются с этим недостатком и сейчас срок их службы сравним с остальными типами. Кроме того, могут "выгорать" и точки плазменной панели.
• Как и во всех остальных типах панелей единицей изображения служит точка или пиксель. У плазменных панелей эта точка больше, чем в других типах. Вследствие этой и ещё ряда причин плазменные панели делают больших размеров (от 30 дюймов). А это, в свою очередь, означает то, что комната, в которой будет установлена панель, должна быть достаточно большой - расстояние зрителя от панели в 4-5 раз больше её диагонали. Т.е. 3-4 метра. А если ещё учесть то, что задние колонки акустики должны быть действительно сзади зрителя, то все комната должна быть шириной "от стенки до стенки" минимум 4-5 метров.
• Плазменные панели много весят.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Снежинский физико-технический институт -

филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (СФТИ НИЯУ МИФИ)

Кафедра ВТ и ЭТД

(наименование кафедры)

РЕФЕРАТ

по курсу: «Информатика»

тема: «Плазменная панель»

Группа: БВ12Д

(номер студенческой группы)

Студент: Кошелев А.А.

(подпись)

Преподаватель: Орлова Н.В.

(подпись)

г.Снежинск, 2011 г.

Введение

1. Устройство дисплея

2. Плазменная технология

4. Принцип работы

5. От светящейся трубки к пикселю плазменной панели

6. Преимущества

7. Недостатки

8. Применение

9. Самый большой и дорогой плазменный телевизор в мире

Введение

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

Что касается компьютерных мониторов, то здесь выбор простой - победителем на рынке однозначно можно назвать ЖК. Но вот в области телевизоров обе технологии продолжают конкурировать. В нашей статье мы постараемся рассмотреть конкурирующие технологии, выделить их преимущества и недостатки, чтобы вы смогли сделать обоснованный выбор.

Устройство дисплея

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

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

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

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

Ниже показан пример реализации подобной модели на электронно-лучевой трубке.

Вы можете видеть суб-пиксели каждого из основных цветов.

Все современные технологии дисплеев - ЭЛТ, ЖК и плазма - используют этот принцип. В следующих разделах мы подробно рассмотрим его реализацию в каждой из технологий.

Плазменная технология

Начало

Многие даже и не подозревают, но плазменная технология не такая уж и новая, даже несмотря на то, что её промышленное использование началось в начале 90-х годов. Исследования плазменных дисплеев проводились в США ещё четыре десятилетия назад, в 60-х годах. Технология была разработана четырьмя учёными: Битцером (Bitzer), Слоттоу (Slottow), Вилсоном (Willson) и Аророй (Arora). Первый прототип дисплея появился довольно быстро, в 1964 году. Матрица, революционная для свого времени, имела размер 4 на 4 пикселя, которые излучали монохромный голубой цвет. Затем, в 1967 году, размер матрицы был увеличен до 16x16 пикселей, на этот раз она излучала монохромный тёмно-красный цвет (с помощью неона).

Вполне естественно, что эта технология заинтересовала производителей, и в 1970 году к работе присоединились такие компании, как IBM, NEC, Fujitsu и Matsushita. К сожалению, из-за отсутствия рынка, оправдывающего промышленное производство, к 1987 году разработки в США были практически остановлены, и последней компанией, поднявшей лапки кверху, была IBM. В США осталась горстка учёных, продолживших работать над этой технологией, однако основные исследования были перенесены в Японию. Первая коммерческая модель появилась на рынке в начале 90-х годов. Fujitsu первой преодолела 21" барьер.

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

Лекция №5

Вопрос №1

Обзор воспроизводящих устройств с плоскими экранами

До настоящего времени в подавляющем большинстве серийно выпускаемых телевизоров в качестве устройств отображения цветной телевизионной информации использовали масочные кинескопы. Однако им присущи серьезные недостатки. Главный из них  значительная масса, громоздкость и сложность в изготовлении.

Конкурентами кинескопов можно назвать устройства отображения в виде плоских панелей. Основные принципы, заложенные в основу их функционирования, известны давно, и, как показала практика, плоские панели долгое время не обеспечивали должного качества изображения. Между тем, их стоимость весьма высока. В последние годы благодаря многочисленным исследованиям и совершенствованию технологий положение дел резко изменилось.

В настоящее время известно несколько типов плоских панелей: газоразрядные, жидкокристаллические, вакуумно-люминисцентные, полупроводниковые (на светодиодах). Они обладают преимуществами по сравнению с масочными кинескопами не только по ряду технических параметров, но и по возможностям серийного производства. В них используют более дешевые материалы (например, жидкие кристаллы изготавливают из отходов мясопереработки), сокращается применение дорогих редкоземельных люминофоров, не требуется дорогой высокоточный металлопрокат для масок, медный провод для отклоняющих систем, громоздкое и экологически вредное стекольное производство для изготовления колб. Срок службы панелей больше, чем у масочных кинескопов.

Но существенным недостатком плоских панелей, сдерживающим их применение в бытовой технике, по прежнему остается высокая стоимость самого процесса их изготовления.

С конца 80-х годов широкое распространение получили жидкокристаллические (ЖК) панели, используемые в качестве мониторов портативных компьютеров. К сожалению, с ростом диагонали экрана стоимость таких панелей резко возрастает. К недостаткам первых ЖК панелей следует отнести также их инерционность, нелинейность модуляционной характеристики и ограниченный угол для наблюдения.

Параллельно с жидкокристаллическими панелями получила бурное развитие технология газоразрядных панелей. Их разработка началась в начале 90-х годов. Японская фирма Fujitsu, начиная с 1993 года, выпускает газоразрядные панели с диагоналями 40 см и более. К работам подключились также фирмы Sony и Nec.

Плазменные панели

Принцип действия плазменной панели (плазменной дисплейной панели PDP) осно­ван на свечении люминофоров экрана под действием ультрафиолето­вых лучей, возникающих при электрическом разряде в плазме (разре­женном газе).

Конструктивно плазменная панель представляет собой две стек­лянные пластины, на которые нанесены полупрозрачные электроды (шины) для коммутации строк (на лицевом стекле) и столбцов изоб­ражения (на заднем стекле, являющемся подложкой) (рис 5.1). На внутренней поверхности передней прозрачной стеклянной пластины напротив каждого подпикселя расположены два тонкопленочных электрода: электрод сканирования и электрод подсветки. На внешней поверхности задней стеклянной пластины поперек всех пикселов расположен электрод адресации . Таким образом, образуется прямоугольная матрица, ячейки которой находятся на пе­ресечении электродов строк и столбцов. На стекле–подложке сфор­мирован специальный профиль в виде стеклянных ребер, изолирую­щих соседние ячейки друг от друга. На внутренней поверхности стек­ла подложки нанесены чередующиеся полоски люминофоров первичных цветов R , G , В, образующих триады. В процессе изготов­ления такой панели из внутреннего объема между стеклянными плас­тинами откачивается воздух, этот объем заполняется разреженным газом (неон, ксенон, гелий, аргон или их смесь), являющимся рабочим «телом» при работе, после чего панель герметизируют.

Рисунок 5.1 – Конструкция плазменной панели

Плазменная панель работает следующим образом. С помощью внешних устройств «развертки» на электроды строк и столбцов мат­рицы подаются управляющие напряжения. Под действием напряже­ния между инициированными строчной и столбцовой шинами в соот­ветствующей ячейке матрицы происходит электрический разряд в газе через образующуюся при этом плазму (ионизированный газ). Этот разряд вызывает мощное ультрафиолетовое излучение, которое за­ставляет светиться находящийся в данной ячейке люминофор. Так как существуют разделительные «барьеры» между соседними ячейка­ми, электрический разряд локализуется в пределах одной отдельно взятой и не оказывает воздействия на соседние ячейки. А чтобы еще «спой» ультрафиолет не вызвал свечения «чужого» люминофора, на боковые поверхности разделительных ребер наносят специальное по­глощающее ультрафиолет покрытие.

Работа плазменной панели состоит из трех этапов (рис 5.2):

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 ионов газовой среды, на второй ступени - разряд в газе, а на третьей - завершение упорядочивания.

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.

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.

Таким образом, при подведении к электродам высокочастотного напряжения происходит ионизация газа или образование плазмы. В плазме происходит емкостной высокочастотный разряд, что приводит к ультрафиолетовому излучению, которое вызывает свечение люминофора: красное, зелёное или синее (рис. 5.3).

Рисунок 5.2 – Иллюстрация этапов работы плазменной панели

Рисунок 5.3 – Иллюстрация работы одного подпикселя плазменной панели

Проведем анализ основных технических и потребительских характеристик плазменных панелей

Диагональ, разрешение

Диагонали плазменных панелей начинаются с 32-дюймов и заканчиваются на 103-х. Из всего этого диапазона, как уже было сказано выше, в России пока лучше всего продаются 42-дюймовые панели с разрешением 853x480 точек. Это разрешение называется EDTV (Extended Definition Television) и подразумевает под собой "телевидение повышенной чёткости". Такого телевизора будет достаточно для комфортного времяпрепровождения, поскольку в России пока не существует бесплатного телевидения высокой чёткости (High Definition TV - HDTV). Однако HDTV-телевизоры, как правило, технически более совершенны, лучше обрабатывают сигнал и даже способны "подтягивать" его до уровня HDTV. К тому же, в магазинах уже можно купить фильмы, записанные в формате HD DVD. Выбирая HDTV-телевизор, обратите внимание на формат поддерживаемого сигнала. Самый распространённый - 1080i, то есть, 1080 строк с чересстрочным чередованием. Чересстрочное чередование принято считать не очень хорошим, поскольку будут заметны зубчики по краям объектов, но этот недостаток нивелируется высоким разрешением. Поддержка более совершенного формата 1080p с прогрессивной развёрткой пока встречается только на достаточно дорогих телевизорах, начиная с девятого поколения. Существует также альтернативный формат 1080i - это 720p с меньшим разрешением, но зато с прогрессивной развёрткой. На глаз различие между двумя картинками найти будет сложно, так что при прочих равных 1080i предпочтительнее. Впрочем, большое количество телевизоров одновременно поддерживают и 720p, и 1080i.

Выбирая диагональ, в первую очередь имейте в виду – чем она больше, тем дальше от телевизора должен находиться наблюдатель (примерно на расстоянии 5 высот экрана). Так в случае 42-дюймовой панели наблюдатель должен быть удалён от неё на расстояние не менее трёх метров. В противном случае будет достаточно сильно заметна дискретность структуры изображения из-за относительно большого размера пикселя плазменной панели.

Соотношение сторон (формат изображения) Все плазменные телевизоры имеют панели с соотношением сторон 16:9. Стандартная телевизионная картинка 4:3 на таком экране будет смотреться нормально, просто неиспользуемая площадь экрана по бокам изображения будет залита чёрным или серым, если телевизор позволяет менять цвет заливки. Телевизор может иметь функции растяжения изображения на весь экран, но в результате этой операции, как правило, происходит незначительное искажение изображения. В формате 16:9 в России пока вещает только ограниченное количество тестовых цифровых каналов.. По умолчанию такое соотношение сторон используется только в HDTV. Яркость

Существуют две характеристики панели, связанные с яркостью, - это яркость панели и яркость всего телевизора. Яркость панели нельзя оценить на готовом продукте, потому что перед ней всегда стоит светофильтр. Яркость же телевизора - это наблюдаемая яркость экрана после прохождения света через фильтр. Фактическая яркость телевизора никогда не превышает половины яркости панели. Однако в характеристиках телевизора указывается изначальная яркость, которую вы никогда не увидите. Это первый маркетинговый трюк производителя. Ещё одна особенность данных, указываемых в спецификациях, связана с методом их получения. В целях энергосбережения и защиты панели от перегрузки её яркость в расчёте на точку уменьшается пропорционально увеличению суммарной площади засветки. То есть если вы видите в характеристиках значение яркости 3000 кд/м2, знайте - она получается только при небольшой засветке, например, когда на чёрном фоне отображается несколько белых букв. Если инвертировать эту картинку, мы получим уже, например, 300 кд/м2. Контрастность

С этим показателем также связаны две характеристики: контрастность при отсутствии окружающего света и в присутствии. Значение, указываемое в большинстве спецификаций, - это контрастность, замеренная при отсутствии фонового освещения. Таким образом, в зависимости от освещения, контрастность может изменяться с 3000:1 до 100:1. Интерфейсные разъёмы

Подавляющее число плазменных телевизоров имеет, как минимум, следующие разъемы: SCART, VGA, S-Video, компонентный видеоинтерфейс, а также обычные аналоговые аудиовходы и выходы. Рассмотрим эти и другие разъёмы подробнее. Через SCART одновременно передаются аналоговый видеосигнал и стереозвук. Через HDMI можно передавать HD-сигнал в разрешении 1080p вместе с восьмиканальным звуком. Благодаря высокой пропускной способности и миниатюрности разъёма, интерфейс HDMI поддерживают уже многие видеокамеры и DVD-плееры. А компания Panasonic поставляет со своими PDP пульт с функцией HDAVI Control, позволяющей управлять не только телевизором, но и другой техникой, подключённой к нему через HDMI. VGA - это обычный компьютерный аналоговый разъём. Через него к PDP можно подключить компьютер. DVI-I - цифровой интерфейс для подключения всё того же компьютера. Однако встречается и другая техника, работающая через DVI-I. S-Video - чаще всего используется для подключения DVD-проигрывателей, игровых приставок и, в редких случаях, компьютера. Обеспечивает хорошее качество изображения. Компонентный видеоинтерфейс - интерфейс для передачи аналогового сигнала, когда каждая его составляющая идёт по отдельному кабелю. Благодаря этому компонентный сигнал - самый качественный их всех аналоговых. Для передачи звука используются аналогичные RCA-разъемы и кабели - каждый канал передается по своему проводу. Композитный видеоинтерфейс (на одном разъёме RCA) использует один кабель и, как результат, - возможна потеря цветности и чёткости изображения. Энергопотребление

Энергопотребление плазменного телевизора меняется в зависимости от отображаемой картинки. Уровень, указываемый в спецификации, отражает максимальное значение. Так, например, 42-х дюймовая плазменная панель при полностью белом экране будет потреблять 280 Вт, а при полностью чёрном - 160 Вт.

Основные достоинства и недостатки плазменных панелей

Достоинства

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 панели 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. Также необходимо отметить, что высокая четкость изображения PDP сохраняется на всей рабочей поверхности экрана. Во-вторых, плазменные панели имеют малое время отклика, 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. Важно отметить, что плазменные панели лишены такого существенного недостатка ЖК-мониторов, 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 существенным недостатком 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.

В-пятых, плазменные панели достаточно надежны. Заявленный срок службы современных PDP в 60 тыс. ч предполагает, что за все это время (примерно 6,7 лет непрерывной работы) яркость экрана уменьшится 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 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 кинотеатра" совместно с мощными высококачественными акустическими системами, далеко не все из которых имеют экранированные головки громкоговорителей. Недостатки

В первую очередь, это относительно низкая по сравнению с ЖК-панелями разрешающая способность изображения, обусловленная большим размером элемента изображения. Но, учитывая тот факт, что оптимальное расстояние от монитора до зрителя должно быть порядка 5 его высот, то понятно, что наблюдаемая на маленьком расстоянии зернистость изображения просто исчезает на большом расстоянии.

Также довольно существенным недостатком плазменной панели является высокая потребляемая мощность, быстро возрастающая при увеличении диагонали панели. Этот факт приводит не только к увеличению эксплуатационных затрат, 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.

Жидкокристаллические панели

Жидкокристаллические панели (ЖК панели)  это светоклапанное устройство, модулирующее световой поток от внешнего источника света. В жидкокристаллических панелях (ЖК– панелях) используется способность аморфного вещества изме­нять свои оптические свойства в электрическом поле. Существуют ЖК– панели просветного и отражательного типов. С тыльной стороны ЖК–панель просветного типа освещается равномерным световым потоком. Под действием напряжения между инициированными строчной и столбцовой шинами в соответствую­щей ячейке матрицы изменяется оптическая прозрачность амфорного вещества. Световой поток, проходя через ЖК–матрицу с тремя типа­ми цветовых ячеек RGB , модулируется по яркости и по цвету. Таким образом, на экране ЖК– панели синтезируется цветное изображение.

В настоящее время наибольшее распространение ЖК–панели по­лучили в компьютерной технике в качестве мониторов, а также телевизорах. Жидкокристаллические панели в десятки раз экономичнее плазменных. К достоинствам ЖК–панелей следует отнести также высокую технологичность и относительно низкую сто­имость.

Принцип работы жидкокристаллических матриц основывается на свойстве молекул жидкокристаллического вещества менять пространственную ориентацию под воздействием электрического поля и оказывать поляризующий эффект на световые лучи. В многослойной структуре матрицы, представляющей собой прямоугольный массив множества отдельно управляемых элементов (пикселов), слой жидких кристаллов помещается между стеклянными пластинами, на поверхности которых нанесены бороздки. Благодаря им, во всех элементах матрицы удается сориентировать молекулы идентичным образом, причем, вследствие взаимно перпендикулярного расположения бороздок двух пластин, ориентация молекул меняется по мере удаления от одной из них и приближения к другой на 90 градусов (рис 5.4).

Рисунок 5.4 – Иллюстрация принципа работы ЖК-панели

Пропущенный через такой слой жидкокристаллического вещества поляризованный свет (см. рис.) также меняет плоскость поляризации на 90. Поэтому структура, в которую добавлены входной и выходной поляризационные фильтры с взаимно перпендикулярными осями поляризации (a и b ), оказывается прозрачной для внешнего светового потока, частично ослабевающего при прохождении входного поляризатора.

Находясь под воздействием электрического поля, молекулы жидкокристаллического слоя меняют свою ориентацию, и угол поворота плоскости поляризации светового потока заметно уменьшается. В этом случае большая часть светового потока поглощается выходным поляризатором. Таким образом, управляя уровнем электрического поля, можно менять прозрачность элементов матрицы.

ЖК-панели выпускают пассивными и активными. В цветных телевизорах преимущественно используют активные.

Основой активной панели (рисунок 5.5) служат две плоскопараллельные пластины, на одну из которых нанесены горизонтальные электроды, соответствующие строкам, и вертикальные электроды (столбцы). Число строк разложения определяет разрешающую способность по горизонтали. В местах их пересечения укрепляются тонкопленочные транзисторы (TFT), затворы которых подключены к горизонтальным электродам, а истоки  к вертикальным. Стоки транзисторов образуют первые обкладки миниатюрных конденсаторов (ячеек), соответствующих элементам изображения. В качестве второй обкладки конденсаторов работает полупрозрачный слой металлизации на второй стеклянной пластине, расположенной параллельно на расстоянии, измеряемом микронами. Между пластинами введено органическое вещество, обладающее свойствами жидкого кристалла. Эта жидкость по химическому составу близка к холестерину. Для калибровки зазора между пластинами в слой жидкости введено некоторое количество микроскопических стеклянных цилиндриков, диаметр которых и определяет зазор. На панель с двух сторон наложены поляроидные пленки, плоскости поляризации которых повернуты на 90 одна относительно другой. При отсутствии напряжения на конденсаторе ЖК вещество поворачивает плоскость поляризации ещё на 90. В результате свет свободно проходит через ячейки. При подаче напряжения на обкладки конденсатора изменяется структура ЖК вещества, что вызывает дополнительный поворот плоскости поляризации. Когда угол её поворота в веществе уменьшается до нуля, ячейка престает пропускать свет. Это свойство и позволяет получить изображение. Чтобы оно было цветным, панель содержит матричный светофильтр, состоящий из «красных», «зелёных» и «синих» ячеек, центры которых расположены напротив элементарных конденсаторов панели и чередуются вдоль строки (R  G  B  R). В соседних строках цветовые ячейки светофильтра смещены по горизонтали на одну, чтобы на изображении не получилось визуально заметной вертикальной структуры. Позади панели устанавливают лампу подсветки.

ЖК панели рассчитывают для работы во вполне определённом телевизионном стандарте. В простейших приемниках оба поля телевизионного кадра воспроизводятся на одних и тех же элементах строки без чересстрочности. При этом число горизонтальных электродов должно быть равно числу активных строк в поле телевизионного изображения. Для отечественного стандарта D/K число горизонтальных электродов должно быть равно . Если на такую панель подать телевизионный сигнал другого стандарта, например M, где число строк в поле 262,5, то размер изображения будет сжат по вертикали. При увеличении размера экрана по диагонали свыше 15 см необходимо воспроизводить раздельно оба поля и обеспечивать чересстрочную развертку. Тогда число строчных электродов в панели необходимо увеличивать до числа активных строк в кадре.

Рисунок 5.5  Конструкция жидкокристаллического экрана

В ЖК телевизоре большого формата для обеспечения приема сигнала разных систем целесообразно использовать преобразования стандартов двумерными фильтрами. Для управления панелью служат устройства кадровой и строчной развертки, входящие в ее состав. Устройство кадровой развертки обеспечивает поочередный выбор строчных электродов, подавая на них импульсы напряжения. Устройство строчной развертки поочередно выбирает столбцовые электроды, на которые поступают дискретные выборки сигнала. Эти выборки заряжают конденсаторы ячеек. В зависимости от напряжения на них изменяется угол поворота плоскости поляризации света, проходящего через вещество ЖК. В результате изменяется яркость выбранного элемента изображения. Как известно, в масочном кинескопе электронный луч высвечивает триады люминофора. Каждая триада соответствует элементу изображения. При этом невозможно управлять очередностью свечения входящих в триаду люминофорных точек. В ЖК панели возможно раздельное управление каждой цветовой точкой, соответствующей пересечению строчного и столбцового электродов, что позволяет применять различные законы разложения изображения. Отсчёты сигнала изображения, соответствующие выбранной строке, можно предварительно записать в регистр и одновременно подать на все столбцовые электроды. Выборки сигнала можно также подавать на электроды столбцов поочередно с заданным законом чередования. Так как зрительный аппарат человека не воспринимает окраску мелких деталей, то в панелях малого формата следующие вдоль строки элементы изображения можно создавать не из трех, а из одной составляющей цвета. Например, первый элемент  R, второй  G, третий  B, четвертый  R и так далее. При этом четкость изображения по горизонтали увеличивается в три раза по сравнению с масочным кинескопом, где каждый элемент содержит три люминофорных точки разных цветов. Для уменьшения тактовых частот в блоках разверток используют поочередное управление четным и нечетными строками и столбцами. В соответствии с этим и сами блоки разверток выполняют из двух частей. Микросхемы кадровой развертки располагают справа и слева от ЖК панели, микросхемы строчной развертки  сверху и снизу. Поскольку ЖК экран  клапанное устройство, для его работы необходима лампа подсветки. Обычно это люминесцентная лампа. Необходимы также отражатель и рассеиватель света для обеспечения равномерной засветки. Яркость лампы должна быть относительно большой, так как ЖК панель даже в режиме максимальной прозрачности поглощает большую часть светового потока.

Относительно недавно появились ЖК-телевизор со светодиодной подсветкой (в разговорном языке именуемый LED TV (сокр. от L ight E mitting D iode T eleV ision) - телевизор с жидкокристаллическим дисплеем, подсветка экрана которого осуществляется светодиодной матрицей (LED).

С потребительской точки зрения ЖК-телевизоры со светодиодной (СД) подсветкой отличают четыре улучшения относительно ЖК c подсветкой электролюминесцентными лампами:

Улучшенная контрастность;

Улучшенная цветопередача;

Пониженное энергопотребление;

Малая толщина корпуса.