И.А. Мухин - Современные плоскопанельные отображающие устройства (статья)

СОВРЕМЕННЫЕ ПЛОСКОПАНЕЛЬНЫЕОТОБРАЖАЮЩИЕ УСТРОЙСТВАСтатья опубликована в журнале «BROADCASTING Телевидениеи радиовещание», №1 (37) январь-февраль 2004, стр. 43-47Мухин И. А., ГУТ им. проф. М. А. Бонч-БруевичаКак известно, большую часть информации об окружающем мире человек получает благодаряорганам зрения. Передача информации человеку посредством изображений наиболее эффективна.Именно поэтому совершенствованию выходных видеоустройств, с которых человек непосредственносчитывает информацию, всегда уделялось особое внимание. Ученые и инженеры стремятся сделатьэкраны наиболее информативными и удобными в применении. Еще 5 – 10 лет назад в подавляющембольшинстве случаев в качестве устройства отображения видеоинформации использоваласьэлектронно-лучевая трубка (ЭЛТ, кинескоп).

А для воспроизведения изображений большого форматаприменялись различные проекционные устройства и видеостены из набора ЭЛТ. Однако этиустройства имеют ряд принципиально неустранимых недостатков, ограничивающих сферу ихприменения.Так, устройства на основе ЭЛТ имеют большую глубину, немалый вес и значительноепотребление электроэнергии. Кинескоп очень чувствителен к тряске, и сотрясение или удар могутпривести к потери вакуума или деформации теневой маски. Все это затрудняет применениекинескопов в переносных устройствах.

Кроме того, для работы кинескопа необходимы высокие(опасные для человека) напряжения. Полностью исключить контакт электроники с внешней средойсложно, поэтому применение ЭЛТ, например, в бассейне или угольной шахте небезопасно.Видеостены на основе ЭЛТ имеют выраженную мозаичную структуру. Размеры формируемогокинескопом изображения меньше его габаритных размеров, и потому при стыковке ЭЛТ «швы»получаются заметными.

Это исключает использование такой видеостены для отображения текста.Проекционные устройства, как правило, не позволяют получить яркого и высококонтрастногоизображения при интенсивной внешней засветке. Кроме того, проекционные устройства сфронтальной проекцией малопригодны в тех случаях, когда требуется присутствие человека,находящегося перед экраном и указывающего на определенные детали изображения. Устройства собратной проекцией требуют наличия значительного пространства позади экрана, что не всегдаудобно. Например, в этом случае нельзя повесить экран на стену.Таким образом, несовершенство выходных видеоустройств значительно ограничивалообласть применения телевидения. Поэтому параллельно с совершенствованием ЭЛТ и проекционныхустройств, разрабатывались другие средства отображения информации. Наиболее перспективнымина сегодняшний день являются плазменные и жидкокристаллические панели.Плазменная панель (PDP – Plasma Display Panel) имеет в диагонали от 25 до 72 дюймов(182,8 см) при глубине всего 6-15 см.

Поэтому, несмотря на большой экран, она может бытьустановлена на нешироком столе или подвешена на стене.1Принцип действия плазменной панели основан на свечении люминофоров при воздействиина них ультрафиолетового излучения, получаемого при газовом разряде. Каждая цветная точкаэкрана, – пиксель, состоит из трех маленьких ячеек – субпикселей, каждый из которых можетсветиться только одним цветом: красным зеленым или синим. (рис.1).Рис.1.

Устройство ячейки плазменной панелиУстройство субпикселя плазменной панели схоже с устройством люминесцентной лампы.Каждый субпиксель – это заполненная газом ячейка, на стенки которой с внутренней стороны нанесенлюминофор, а с наружной расположены прозрачные проводящие ток электроды. Когда на этиэлектроды подается высокое напряжение, в ячейке возникает электрическое поле. Это полеионизирует газ -начинается газовый разряд, в результате образуется плазма, которая излучаетфотоны ультрафиолетового диапазона, то есть светится невидимым глазом ультрафиолетовымсветом.

Для преобразования этого невидимого света в видимый и нужен люминофор, нанесенный навнутренние стенки ячейки. Люминофор поглощает ультрафиолетовое излучение и излучает фотонывидимого диапазона – видимый свет. Люминофор одного субпикселя излучает красный цвет, другого– зеленый, а третьего – синий. Складываясь в пространстве с различными яркостями, эти три цветадают ощущение самых разнообразных цветов.Основу конструкции панели составляют два близкорасположенных стекла, промежуток междукоторыми заполнен смесью газов: неона и ксенона. На внутренних поверхностях стекол расположеныгоризонтальные и вертикальные электроды, образующие систему из двух взаимно ортогональныхрешеток (рис.2).2Рис.2. Система электродов плазменной панелиВертикальные электроды расположены на заднем стекле и называются адресными (adresselectrode). Горизонтальные электроды – прозрачные, они сгруппированы по два, расположены напереднем стекле и называются электродами отображения (display electrode, их также называют:питающие, сканирующие, инициирующие, разрядные).Особый интерес представляет процесс формирования растра плазменной панели.

Дело втом, что интенсивность излучения ячейки может регулироваться лишь в очень небольших пределах.Снизу напряжение на разрядных электродах ограничено напряжением удержания разряда, а сверху напряжением зажигания, при котором происходит образование плазмы в ячейке при отсутствииподжигающего импульса на адресном электроде. Таким образом, изменяя интенсивность разряда,нельзя добиться регулировки яркости в широких пределах. Поэтому для этой цели используетсяметод широтно-импульсной модуляции (ШИМ), суть которого заключается в изменении соотношениядлительностей включенного («светится») и выключенного («не светится») состояния ячейки.Развертка изображения в плазменной панели осуществляется следующим образом.

КаждоеТВ поле (20 мс) разбивается на 8 субполей (SF - Sub Fields) различной длительности. Каждоесубполе состоит из двух временных интервалов: адресации и отображения (address/display).Интервалы адресации одинаковы во всех восьми субполях, а интервалы отображения соотносятсяследующим образом:td SF1: td SF2: td SF3: td SF4: td SF5: td SF6: td SF7: td SF8=1:2:4:8:16:32:64:128.Во время интервала адресации осуществляется процесс адресации всех ячеек панели –заряжаются маленькие конденсаторы тех ячеек, которые должны вспыхнуть в последующеминтервале отображения и разряжаются конденсаторы тех ячеек, которые загораться не должны. Вовремя интервала отображения на все разрядные электроды подаются импульсы напряжения,количество которых зависит от номера субполя. При этом зажигаются только те ячейки, конденсаторыкоторых были предварительно заряжены в период адресации.

Таким образом, адресуя ячейку вразличных субполях, можно получить различное число ее вспышек в течении поля – от 0 (неадресована ни в одном поле) до 255 (адресована во всех 8 полях), то есть получить 256 градацийяркости. Так как пиксель плазменной панели состоит из трех субпикселей, каждый из которых может3принимать 256 значений яркости, то общееколичество передаваемых пикселем, а значит иплазменной панелью, цветов равняется 256×256×256=16,78 млн.Благодаря специфичному методу развертки, формируемое плазменной панелью изображениеимеет высокие яркость (до 600 Кд/м2) и контраст (до 500:1).

Действительно, если в ЭЛТ каждая точкавспыхивает только один раз за период телевизионного поля, то в PDP за тот же период самые яркиеточки вспыхивают 256 раз. Плазменная панель дает яркое и насыщенное изображение даже присильной внешней засветке, поэтому при ее использовании можно не беспокоиться о затемнениипомещения.Другое достоинство PDP – отсутствие мерцаний экрана. Можно сказать, что самые яркиеучастки изображения плазменной панели мигают в 256 раз чаще, чем в ЭЛТ. Таким образом,изображение становится «немерцающим». Такое изображение меньше утомляет глаза, (кроме того,его можно снимать телевизионной камерой, не заботясь о синхронизации с источником сигнала).Но на этом достоинства плазменной панели не заканчиваются.

В PDP принципиальноневозможны такие присущие ЭЛТ дефекты, как несведение, расфокусировка и геометрическиеискажения. Изображение имеет высокую четкость по всему полю и большой угол обзора, так какдиаграмма направленности излучения светящегося люминофора широка, поэтому изображение наэкране PDP можно наблюдать в пределах угла 1600 без искажения цветопередачи и принезначительном уменьшении яркости.Благодаря высокой интенсивности свечения люминофора, цветовой охват плазменной панелибольше, чем у ЭЛТ. То есть PDP способна передавать различные оттенки цветов более точно,поэтому формируемое изображение более реалистично, а значит - приятно глазу наблюдателя.В отличии от ЭЛТ, плазменная панель не чувствительна к магнитным полям.