Как работают плазменные дисплеи

За последние 75 лет подавляющее большинство телевизоров было построено на основе одной и той же технологии: электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). В ЭЛТ-телевизоре пушка выпускает пучок электронов (отрицательно заряженных частиц) внутри большой стеклянной трубки. Электроны возбуждают атомы люминофора вдоль широкого конца трубки (экрана), в результате чего атомы люминофора загораются. Телевизионное изображение создается путем освещения различных областей люминофорного покрытия разными цветами с разной интенсивностью ( подробное объяснение см. в разделе «Как работают телевизоры»).

Электронно-лучевые трубки дают четкие, яркие изображения, но у них есть серьезный недостаток: они громоздки . Чтобы увеличить ширину экрана в наборе ЭЛТ, вы также должны увеличить длину трубки (чтобы дать сканирующей электронной пушке место для доступа ко всем частям экрана). Следовательно, любой ЭЛТ-телевизор с большим экраном будет весить тонну и занимать значительную часть комнаты.

На прилавках магазинов появилась новая альтернатива: плоский плазменный дисплей . У этих телевизоров широкие экраны, сравнимые с самыми большими телевизорами с ЭЛТ, но их толщина составляет всего около 6 дюймов (15 см). В этой статье мы увидим, как эти наборы делают так много в таком маленьком пространстве.

Если вы читали книгу «Как работает телевидение », то вы понимаете основную идею стандартного телевизора или монитора. Основываясь на информации в видеосигнале, телевизор подсвечивает тысячи крошечных точек (называемых пикселями ) пучком электронов высокой энергии. В большинстве систем есть три цвета пикселей — красный, зеленый и синий — которые равномерно распределены по экрану. Комбинируя эти цвета в разных пропорциях, телевизор может воспроизвести весь цветовой спектр.

Основная идея плазменного дисплея состоит в том, чтобы освещать крошечные цветные флуоресцентные лампы для формирования изображения. Каждый пиксель состоит из трех флуоресцентных ламп: красного, зеленого и синего. Так же, как телевизор с ЭЛТ, плазменный дисплей меняет интенсивность различных источников света, чтобы воспроизвести полный спектр цветов. На следующей странице узнайте, как работает плазма.

Центральным элементом флуоресцентного света является плазма , газ, состоящий из свободно текущих ионов (электрически заряженных атомов) и электронов (отрицательно заряженных частиц). При нормальных условиях газ в основном состоит из незаряженных частиц. То есть отдельные атомы газа включают равное количество протонов (положительно заряженных частиц в ядре атома) и электронов. Отрицательно заряженные электроны идеально уравновешивают положительно заряженные протоны, поэтому суммарный заряд атома равен нулю.

Если ввести в газ много свободных электронов, установив на нем электрическое напряжение, ситуация изменится очень быстро. Свободные электроны сталкиваются с атомами, выбивая другие электроны. С недостающим электроном атом теряет равновесие. Он имеет чистый положительный заряд, что делает его ионом.

В плазме с протекающим через нее электрическим током отрицательно заряженные частицы устремляются к положительно заряженной области плазмы, а положительно заряженные частицы устремляются к отрицательно заряженной области.

В этой безумной спешке частицы постоянно сталкиваются друг с другом. Эти столкновения возбуждают атомы газа в плазме, заставляя их испускать фотоны энергии. (Подробнее об этом процессе см. в разделе «Как работают люминесцентные лампы» .)

Атомы ксенона и неона, используемые в плазменных экранах, при возбуждении испускают световые фотоны . В основном эти атомы испускают фотоны ультрафиолетового света, невидимые человеческому глазу . Но ультрафиолетовые фотоны можно использовать для возбуждения фотонов видимого света, как мы увидим в следующем разделе.

Вы знали?

Специалисты НАСА помогли разработать технологию, которая используется во многих домашних кинотеатрах. Узнайте больше о крутых инновациях NASA в этом интерактивном мультфильме от Discovery Channel .

Ксенон и неоновый газ в плазменном телевизоре содержится в сотнях тысяч крошечных ячеек, расположенных между двумя стеклянными пластинами. Длинные электроды также зажаты между стеклянными пластинами с обеих сторон ячеек. Адресные электроды расположены за ячейками вдоль задней стеклянной пластины. Над ячейкой вдоль передней стеклянной пластины установлены прозрачные электроды дисплея , окруженные изолирующим диэлектрическим материалом и покрытые защитным слоем оксида магния .

Оба набора электродов проходят через весь экран. Электроды дисплея расположены горизонтальными рядами вдоль экрана, а адресные электроды расположены вертикальными столбцами. Как вы можете видеть на диаграмме ниже, вертикальный и горизонтальный электроды образуют базовую сетку .

Чтобы ионизировать газ в конкретной ячейке, компьютер плазменного дисплея заряжает электроды, которые пересекаются в этой ячейке. Он делает это тысячи раз за небольшую долю секунды, заряжая каждую ячейку по очереди.

Когда пересекающиеся электроды заряжены (при разности потенциалов между ними), через газ в ячейке протекает электрический ток. Как мы видели в предыдущем разделе, ток создает быстрый поток заряженных частиц, который стимулирует атомы газа испускать ультрафиолетовые фотоны.

Высвобожденные ультрафиолетовые фотоны взаимодействуют с люминофорным материалом, нанесенным на внутреннюю стенку ячейки. Люминофоры — это вещества, которые излучают свет , когда на них воздействует другой свет. Когда ультрафиолетовый фотон попадает на атом люминофора в ячейке, один из электронов люминофора перескакивает на более высокий энергетический уровень, и атом нагревается. Когда электрон возвращается к своему нормальному уровню, он высвобождает энергию в виде фотона видимого света .

Люминофоры в плазменном дисплее при возбуждении излучают цветной свет. Каждый пиксель состоит из трех отдельных ячеек субпикселей , каждая из которых имеет люминофор разного цвета. Один субпиксель имеет люминофор красного света, один субпиксель имеет люминофор зеленого света и один субпиксель имеет люминофор синего света. Эти цвета смешиваются вместе, чтобы создать общий цвет пикселя.

Изменяя импульсы тока, протекающего через разные ячейки, система управления может увеличивать или уменьшать интенсивность цвета каждого субпикселя для создания сотен различных комбинаций красного, зеленого и синего цветов. Таким образом, система управления может воспроизводить цвета по всему спектру.

Основное преимущество технологии плазменных дисплеев заключается в том, что вы можете производить очень широкий экран, используя чрезвычайно тонкие материалы. А поскольку каждый пиксель подсвечивается индивидуально, изображение получается очень ярким и хорошо выглядит почти под любым углом. Качество изображения не совсем соответствует стандартам лучших комплектов с электронно-лучевой трубкой, но, безусловно, соответствует ожиданиям большинства людей.

Самым большим недостатком этой технологии была цена . Однако падение цен и развитие технологий означают, что плазменные дисплеи вскоре могут вытеснить старые телевизоры с ЭЛТ.

Чтобы узнать больше о плазменных дисплеях, а также о других телевизионных технологиях, перейдите по ссылкам на следующей странице.

Настройка

Многие из первых плазменных дисплеев, появившихся на рынке, технически не были телевизорами, потому что у них не было ТВ-тюнеров. Телевизионный тюнер — это устройство, которое принимает телевизионный сигнал (например, исходящий от кабеля ) и интерпретирует его для создания видеоизображения.

Подобно ЖК-мониторам , эти плазменные дисплеи были просто мониторами, отображающими стандартный видеосигнал. Чтобы смотреть на них телевидение, их нужно было подключить к отдельному блоку с собственным телевизионным тюнером, например к видеомагнитофону . Сегодня большинство плазменных устройств, которые можно купить в магазинах электроники, — это телевизоры с цифровыми телевизионными тюнерами.

Статьи по Теме

Больше отличных ссылок