Плоские плазменные экраны

Сравнительно небольшие размеры жидкокристаллических экранов и ограниченный угол наблюдения стимулировали разработку плазменных плоских экранов (панелей). Работа плазменной панели основана на свечении люминофоров экрана панели под воздействием ультрафиолетовых лучей, возникающих при электрическом разряде в плазме (разреженном газе). Конструктивный элемент, формирующий отдельную точку изображения — пиксель, включает в себя три субпикселя, излучающих три основных цвета RGB. Каждый субпиксель представляет собой отдельную микрокамеру, заполненную разреженным газом, на стенках которой нанесены люминофоры одного из трех основных цветов. Пиксели расположены в точках пересечения прозрачных разрядных электродов, образующих прямоугольную сетку (матрицу). Кроме разрядных электродов каждый пиксель снабжен третьим — адресным электродом. На разрядные электроды постоянно подается напряжение, достаточное для поддержания разряда, но меньшее, чем напряжение зажигания. На адресный электрод подается импульс, размах которого достаточно велик, чтобы зажечь разряд. Во время разряда возникает мощное ультрафиолетовое излучение, возбуждающее находящийся на стенках ячейки люминофор. При этом электроны атомов люминофора оказываются переведенными на более высокие энергетические уровни внешних орбит. При возвращении с внешних орбит на прежние уровни электроны излучают кванты света в соответствующем данному люминофору красном, зеленом или синем участке видимого спектра излучения. Так происходит преобразование ультрафиолетового излучения в видимую часть спектра.

Коммутационная система плазменной панели с поэлементной тактовой частотой переключает потенциалы на адресные электроды и со строчной частотой — на разрядные электроды. Интенсивность излучения трех люминофоров пикселя определяется длительностью подаваемых на адресные электроды импульсов, поэтому амплитуда сигналов трех основных цветов U _r, U _g, U _bпредварительно модулируются методами широтно-импульсной модуляции.

Таким образом, каждая ячейка плазменной панели – миниатюрный газоразрядный прибор. Сотовая структура ячеек размещена между двух пластин. Одна является задней стенкой панели, другая – выходной и поэтому должна быть прозрачной в видимой части спектра. Между пластинами размещена достаточно жесткая конструкция, которая, собственно, и формирует боковые стенки камер ячеек. Заметим, что в своей конструкции ПП фирма Pioneer применила “вафельную” структуру (технологии Waffle или Deep Waffle). Каждая ячейка – это каверна в подложке, имеющая прямоугольную форму. Достоинство – полная изоляция каверн. Типичная конструкция ячейки и базовая конструкция панели поясняются рисунками (рис. 9.18 и 9.19), (см. “625” с.11).

Диэлектрические слои отделяют электроды от камер. Нижний (на рисунке) электрод примыкает к задней глухой стенке, поэтому он металлический. Электроды со стороны входной пластины изготовлены из прозрачного токопроводящего материала. В принципе, защитный слой, стеклянная входная пластина и другие “прозрачные” элементы конструкции ультрафиолет не пропускают и поэтому препятствуют проникновению УФ-излучения “во внешний мир”. Люминофор покрывает заднюю и частично боковые стенки камеры ячейки. Естественно, используются люминофоры трех разных составов, соответственно, излучающие основные цвета: красный, зеленый, синий. Ячейки заполнены инертным газом, это неон или ксенон, реже гелий. Используются также и смеси этих газов. Газы находятся в разреженном состоянии. Пониженное давление – это и пониженные потенциалы поджига и равновесного разряда.

Рассмотренная конструкция ячеек сложилась далеко не сразу. Плазма способна, особенно на стадии нормального тлеющего разряда, довольно быстро разрушить люминофорное покрытие.

Поэтому поиск оптимальной конфигурации ячейки велся методом проб и ошибок, пока не была решена проблема эффективного отделения зоны плазмы от люминофора. И все же “выгорание” и, как следствие, изменение, в частности, цветовых температур было и остается проблемой.

Еще одна проблема, связанная с ПП, и также принципиальная – высокое энергопотребление. Плазма – это машина по переработке электрического тока в УФ с низким коэффициентом полезного действия [35].

Кроме указанных недостатков, плазменные панели имеют и большие преимущества перед другими преобразователями “сигнал - свет”.

Высокая яркость (до 500 кд/м²) и контрастность (до 400:1) наряду с отсутствием дрожания являются большими преимуществами таких мониторов (Для сравнения: у профессионального ЭЛТ-монитора яркость равна приблизительно 350, 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, т.е. 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 качестве телевизионных экранов или мониторов для компьютеров.