Рискнем предположить, что подавляющая часть наших читателей дома или на работе пользуется самыми обычными мониторами с электронно-лучевой трубкой.
Но постепенно, всё более и более популярными становятся так называемые жидкокристаллические дисплеи. Преимущества последних перед первыми очевидны: ЖК-экран занимает мало места на рабочем столе, он легкий, потребляет значительно меньше электроэнергии, по сравнению с ЭЛТ-монитором, и менее опасен для здоровья человека. Но все же главным недостатком всех экранов, работающих с применением жидких кристаллах, на сегодняшний день, является их ограниченный размер. То есть получается, что чем меньше ЖК экран, тем более он выгоден по соотношению цена/качество: дешевыми электронными часами с небольшим дисплеем удивить кого-либо очень сложно. С другой стороны, при производстве 15-дюймовой ЖК-матрицы используются те же самые физические свойства жидких кристаллов, что и при изготовлении самых обычных наручных часов. Но создать цветную ЖК-матрицу имеющую порядка трехсот тысяч точек (при разрешении 800х600), обойдется на много дороже, нежели монохромный дисплей сотового телефона.
Как раз в этом-то и заключается самая большая проблема ЖК-матриц — чем больше диагональ матрицы, тем менее надежным, более сложным и, что самое важное, дорогим получается конечный продукт. Сейчас уже просто не выгодно делать большие экраны данного типа: покупателю намного проще и дешевле установить тяжелый, но относительно недорогой ЭЛТ-монитор.
К счастью, прогресс не стоит на месте и уже сейчас не нужно быть миллионером, чтобы купить плоский телевизор с диагональю 40 дюймов
(хотя и придется выложить достаточно круглую сумму). Подобные устройства принято называть «плазменными». Главное достоинство плазменного дисплея — низкая стоимость матрицы большого диаметра. Здесь ситуация повторяет случай с ЖК-мониторами с точностью до наоборот: чем больше размеры матрицы, тем выгоднее производителю ее создавать. Судите сами: подавляющая часть всех телевизоров и мониторов с диагональю более 21 дюйма — плазменные. Поэтому не стоит удивляться, тому, что плазменный телевизор с диагональю, например,
24 дюйма не намного дешевле (а иногда и дороже), телевизора с 40-дюймовой матрицей. В этом случае цену определяет начинка каждой конкретной модели, возможность подключения к компьютеру, наличие не только цифрового, но и аналогового разъема.
Принцип работы любого плазменного экрана (PDP — Plasma Display Panel) состоит в управляемом холодном разряде разряженного газа (как правило, используется ксенон или неон), находящегося в ионизированном состоянии. Все это носит название «холодная плазма» — отсюда и взялось и название.
Способность определенных газов светиться при пропускании через них разряда электрического тока до сих пор широко применяется в так называемых вывесках неоновой рекламы. Для этого создаются герметичные сосуды определенной формы
(как правило, изображающие рекламируемый товар или в виде букв), после чего емкость заполняется газом. Если подавать на контакты электрический ток, то газ внутри рекламы начинает светиться. При прекращении подачи тока газ светиться перестает. Цвет свечения вывески зависит от того, в какой пропорции будут смешиваться определенные газы.
Аналогичный принцип используется и в создании плазменных дисплеев для компьютеров и телевизоров с большой диагональю. Только размеры сосуда, в котором храниться газ в тысячи раз меньше, а сами сосуды, которых насчитывается десятки миллионов, образуют матрицу, формирующую изображение на экране.
Минимальной единицей изображения на экране, как и везде, является точка, или пиксель. В плазменном мониторе для формирования цвета каждой отдельно взятой точки используется комбинация из трех субпикселей, каждый из которых отвечает за один из трех основных цветов RGB (Red Green Blue — Красный,
Зеленый, Голубой). Ячейки находятся между двумя стеклами, расстояние между которыми 0,1 мм (100 микрон). Во время подачи электрического импульса на электроды часть заряженных ионов начинают излучать кванты света в ультрафиолетовом диапазоне. Диапазон излучения, в большинстве случаев, зависит от применяемого газа, в каждой конкретной модели. Ультрафиолетовые лучи действуют на специальное флюоресцирующее покрытие, которое в свою очередь излучает свет, видимый человеческим глазом. Кстати, ультрафиолетовые лучи очень опасны для глаз человека, но в данном случае бояться нечего — до 97% вредного излучения поглощает наружное стекло.
Яркость и насыщенность цветов можно регулировать простым изменением величины управляющего напряжения: чем оно больше, тем больше квантов света выделяет газ, тем сильнее светится флюоресцирующая пленка, тем ярче мы получаем картинку на экране.
Данная технология самая молодая из всех, что применяются в серийном производстве офисной техники, но, что интересно, разрабатывается уже относительно давно. Так еще в далекие советские времена в НПО «Плазма» пытались воплотить в жизнь идею получения более-менее качественного изображения на табло, состоящим из элементов, наполненных специальным газом. Но специалисты не смогли создать пиксели малых размеров, из-за этого экран получался слишком большим, тяжелым, ненадежным, а изображение — слишком расплывчатым.
Всерьез разработкой технологии создания плазменных дисплеев занялись в 1966 году в одном американском университете в штате Иллинойс. Вскоре после завершения исследований, в начале 70-х годов, небольшая компания Owens-
Illinois смогла запустить проект в коммерческое использование.
Тогда спрос на плазменные панели был очень небольшим. Главным образом отсутсвие спроса объяснялось тем, что экраны были монохромными
(отображали только два цвета), очень дорого стоили (даже для крупных организаций) и были практически бесполезны для использования их в быту. Первую партию дисплеев заказала Нью-йоркская Фондовая Биржа — ей были необходимы экраны большой площади, способные информировать огромное количество людей об изменении котировок акций, а качества изображения было не столь критично.
Современные плазменные дисплеи претерпели большое количество изменений, их качество заметно изменилось, если сравнивать с теми, что производили много лет назад. Сейчас изображение на плазменном экране считается самым ярким
(до 500 кд/м2) и контрастным (400:1), даже лучше чем у классических ЭЛТ- мониторов. Сравните: яркость и контрастностью дорогого монитора — 350 кд/м2 и 200:1 соответственно.
Благодаря особенностям исполнения плазменные экраны не боятся электромагнитных полей. Возможно, владельцы мощных колонок замечали изменение цвета рабочего стола на своем ЭЛТ-мониторе, когда пытались устанавливать аудио-систему рядом с компьютером. У PDP-мониторов такой проблемы не может существовать в принципе: внутри просто нет элементов, на которые могло бы повлиять магнитное поле. Поэтому рядом с плазменным телевизором всегда можно спокойно устанавливать самые хорошие, мощные колонки и наслаждаться качественным звуком не отходя от любимого ПК.
Из недостатков такого типа дисплеев стоит отметить очень высокое энергопотребление. Чтобы зажечь один пиксель на экране плазменного телевизора электроэнергии требуется незначительное количество, но матрица состоит из миллионов точек, каждой из которых приходится гореть до нескольких десятков часов подряд. Частично из-за этого плазменным дисплеям закрыт путь в область портативной техники: ноутбук от собственных аккумуляторов с таким экраном вряд ли проработает даже час: применение плазменного экрана само собой подразумевает наличие электрической розетки в радиусе нескольких метров. Но даже если решить проблему с источником питания, изготавливать плазменные матрицы с диагональю менее двадцати дюймов не выгодно экономически: представьте себе карманный компьютер ценой несколько тысяч долларов работающий только от сети, но имеющий очень контрастный и яркий экран. Не думаем, что подобная модель будет пользоваться ажиотажным спросом на рынке, тем более, что и ЖК-экраны с каждым днем становятся все лучше и лучше, да к тому же они значительно более бережливо относятся к источнику питания.
Также плазменные экраны имеют относительно небольшой срок эксплуатации, по крайней мере, по сравнению с аналогами, — порядка 10 тысяч часов непрерывной работы. Хотя многим и этого будет вполне достаточно, ведь эти
10 тысяч часов истекут только через шесть лет функционирования аппарата при
4-5 часах ежедневного просмотра телепередач (если дисплей использовать в качестве телевизора). Правда с каждым днем этот недостаток становится все менее и менее актуальным — многие производители уже сегодня предлагают довольно эффективные пути решения этой проблемы.
Во многом плазменные экраны напоминают жидкокристаллические. Разница состоит лишь в способе формирования цвета отдельной точки. У плазменного дисплея, как и у ЖК, нет никаких проблем ни со сведением лучей, ни проблем с геометрией экрана, ни с фокусировкой. Они не страдают от вибрации (если у вас дома системный блок стоит рядом с ЭЛТ-монитором, то вы, наверное, замечали легкую вибрацию на экране, когда активно работает жесткий диск или привод компакт-дисков), все PDP имеют абсолютно плоскую внешнюю поверхность.
Кажется, что плазменные матрицы унаследовали у своих предшественников только достоинства — они лишены недостатков присущих ЖК. Так, плазменные дисплеи имеют малое время отклика (чем до сих пор не могут похвастаться многие дисплеи дешевых КПК и ноутбуков), то есть время между посылкой сигнала и фактической сменой картинки на экране достаточно небольшое. Этот факт позволяет без проблем использовать PDP в качестве телевизоров и играть в быстрые игры, при подключении дисплея к компьютеру. Плазменные экраны полностью цифровые, аналоговый выход для подключения к настольному компьютеру — это скорее исключение, нежели правило. Возможно, многие знают, что главным недостатком ЖК-мониторов является значительное ухудшение качества изображения на экране при смене угла просмотра. Плазменные экраны, обладая всеми достоинствами ЖК, лишены этого недостатка. Здесь они могут дать фору даже самым дорогим и качественным ЭЛТ-экранам: у многих моделей угол видимости достигает 160 градусов.
ПРИМЕНЕНИЯХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ В БУДУЩЕМ
Управляемые оптические транспаранты.
Рассмотрим пример достижения научных исследований в процессе создания
жидкокристаллических экранов, отображения информации, в частности
жидкокристаллических экранов телевизоров. Известно, что массовое создание
больших плоских экранов на жидких кристаллах сталкивается с трудностями не
принципиального, а чисто технологического характера. Хотя принципиально
возможность создания таких экранов продемонстрирована, однако а связи со
сложностью их производства при современной технологии их стоимость
оказывается очень высокой. Поэтому возникла идея создания проекционных
устройств на жидких кристаллах, в которых изображение, полученное на
жидкокристаллическом экране малого размера могло бы быть спроектировано в
увеличенном виде на обычный экран, подобно тому, как это происходит в
кинотеатре с кадрами кинопленки. Оказалось, что такие устройства могут быть
реализованы на жидких кристаллах, если использовать сэндвичевые структуры,
в которые наряду со слоем жидкого кристалла входит слой фотополупроводника.
Причем запись изображения в жидком кристалле, осуществляемая с помощью
фотополупроводника, производится лучом света. О подобном проекторе уже
рассказывалось в главе VII. Теперь же познакомимся с физическими явлениями,
положенными в основу его работы.
Принцип записи изображения очень прост. В отсутствие подсветки
фотополупроводника его проводимость очень мала, поэтому практически вся
разность потенциалов, поданная на электроды оптической ячейки, в которую
еще дополнительно введен слой фотополупроводника, падает на этом слое
фотополупроводника. При этом состояние жидкокристаллического слоя
соответствует отсутствию напряжения на нем. При подсветке
фотополупроводника его проводимость резко возрастает, так как свет создает
в нем дополнительные носители тока (свободные электроны и дырки). В
результате происходит перераспределение электрических напряжений в ячейке —
теперь практически все напряжение падает на жидкокристаллическом слое, и
состояние слоя, в частности, его оптические характеристики, изменяются
соответственно величине поданного напряжения. Таким образом, изменяются
оптические характеристики жидкокристаллического слоя в результате действия
света. Ясно, что при этом в принципе может быть использован любой
электрооптический эффект из описанных выше. Практически, конечно, выбор
электрооптического эффекта в таком сэндвичевом устройстве, называемом
электрооптическим транспарантом, определяется наряду с требуемыми
оптическими характеристиками и чисто технологическими причинами.
Важно, что в описываемом транспаранте изменение оптических характеристик
жидкокристаллического слоя происходит локально — в точке засветки
фотополупроводника. Поэтому такие транспаранты обладают очень высокой
разрешающей способностью. Так, объем информации, содержащейся на
телевизионном экране, может быть записан на транспаранте размерами менее
1х1 см2.
Описанный способ записи изображения, помимо всего прочего, обладает
большими достоинствами, так как он делает ненужной сложную систему
коммутации, т. е. систему подвода электрических сигналов, которая
применяется в матричных экранах на жидких кристаллах.
