ТЕХНОЛОГИИ: Холодные цвета плазмы

Автор: Юрий Ревич

Как ни странно, доминирующей технологией изготовления дисплеев сегодня является жидкокристаллическая. Странность тут в том, что ЖК - почти единственный способ получения изображений, где ячейки не могут светиться самостоятельно и требуют специальной подсветки (если не считать электронной бумаги или трафаретных табличек на матовом стекле с надписью quot;Выходquot;, quot;Мquot; или quot;Жquot; в общественных местах). Все остальные способы получения электронных изображений, начиная с древних неоновых и электролюминесцентных цифровых индикаторов, используют элементы, которые светятся сами.

Одна из таких технологий - плазменная, которая в области больших экранов (quot;плазмыquot; меньше 37 дюймов по диагонали не выпускаются) долго была ведущей и лишь недавно стала уступать место жидким кристаллам. Как вы увидите далее, плазменные экраны устроены весьма непросто, каждый шаг на пути совершенствования еще больше их усложняет (а значит, и удорожает), поэтому ведущие производители один за другим отказываются от плазменных панелей в пользу ЖК. На текущий момент из крупных вендоров, продолжающих развивать технологию и наращивать производство, остался, судя по всему, один Panasonic (впрочем, многие другие продолжают выпускать конечные продукты - телевизоры - на чужих панелях, полностью от их производства отказалась, кажется, только Sony).

Из-за сложности и ряда органических недостатков (черный цвет quot;недостаточно черныйquot;, склонность к выгоранию, высокое энергопотребление) quot;плазмуquot; можно было считать вымирающей технологией, по крайней мере с тех пор, как научились делать большие ЖК-панели. Однако тут всех - и в первую очередь самого себя - удивил Козловский, неожиданно купивший Panasonic Viera TH-R42PY85 (см. его quot;Огородыquot; в номерах 38 и 39 за этот год). Я ездил посмотреть: все правда, и черный черный, и контрастность с четкостью на недосягаемой высоте (если, конечно, оригинал подходящий - фирменный Blu-ray, а не пиратская экранка и, боже упаси, не эфирный сигнал), и вентиляторы не шумят, и фотографии демонстрируются просто восхитительно… То есть Panasonic хоть и остался в меньшинстве, но на деле доказывает, что потенциал quot;плазмыquot; не исчерпан, и даже собирается открыть новый завод.

А в чем, собственно, проблема?

Выше я назвал неоновые индикаторы древними - и это действительно так, поскольку явление холодного газового разряда, которое они используют, известно с середины XIX века. Лампочки-неонки были изобретены одновременно с обычными электронными лампами, в начале ХХ века[Патент на рекламную неоновую трубку был выдан французскому инженеру Жоржу Клоду еще в 1911 году. В 1920-х словосочетание Claude Neon было настолько привычным, что многие американцы полагали, будто Neon - фамилия изобретателя, а не название инертного газа.], и широко использовались в ламповой технике не только для индикации. А цифробуквенные неоновые индикаторы применялись уже в середине 1940-х годов. Потом они были вытеснены более яркими, удобными и экономичными светодиодными, а также жидкокристаллическими, и казалось, что неонкам оставили только одну область - рекламных трубок.

Но не тут-то было. Старинная неонка обрела вторую жизнь, которая продолжается и поныне, еще в 1960 году, когда в Университете штата Иллинойс Дональд Битцер вместе с двумя коллегами Робертом Вилсоном и Джином Слотоу построили первый в мире плазменный дисплей - PDP. Звучное название (более корректное, чем quot;неоновыйquot; - ведь и в рекламных трубках не всегда применяется именно неон) обусловлено тем, что в этих устройствах светится действительно плазма - только не та высокотемпературная, что в термоядерных реакторах, а холодная.

Такая плазма образуется в газах под действием электрического поля высокой напряженности - например, при определенных атмосферных условиях может появляться свечение вокруг проводов линий электропередач. Снизить необходимую величину напряжения (в линиях электропередач она составляет, как известно, сотни тысяч вольт) можно, если газ разреженный, а расстояния невелики. Но все равно практически любая газоразрядная ячейка требует для зажигания относительно высокого напряжения - 130–170 В, что есть огромный недостаток quot;плазмыquot;, не позволяющий, в частности, строить миниатюрные дисплеи на основе газоразрядных ячеек.

Давайте рассмотрим (без нюансов, коих очень много), как работает плазменная ячейка. Устройство quot;ячейки переменного токаquot;, каковые используются во всех современных PDP, показано на рисунке. Она представляет собой герметичную коробочку, обычно довольно большую - с полмиллиметра и более (разработчики уверяют, что сделать ее размером с обычный компьютерный пиксел не составит труда, вот только почему-то не делают). Дно и стенки ячейки покрыты люминофором одного из трех цветов свечения (на рисунке - зеленого). Разряд зажигается подачей импульса высокого напряжения на адресный электрод относительно одного из верхних (дисплейных) электродов, а поддерживается нужное время более низким напряжением между двумя дисплейными электродами. В процессе разряда ионизированный газ (та самая холодная плазма) испускает ультрафиолет, который и заставляет светиться люминофор.

При изготовлении панель наполняют смесью инертных газов на основе гелия или неона с добавлением ксенона, под низким давлением, 10–300 мм рт. ст., накладывают верхнее стекло с диэлектриком и запаивают. Активационный слой (окись магния) служит для повышения эффективности ячейки. А эффективность просто-таки фантастически низка - КПД плазменной ячейки не превышает десятых долей процента, то есть подводимая к панели мощность практически вся преобразуется в тепло. Эффективность плазменной ячейки составляет лишь 3% от ЖК, у которой, как известно, она тоже не на высоте (правда, директор quot;плазменногоquot; подразделения Panasonic Хироюки Нагано утверждает, что за последний год КПД ячеек удалось повысить вдвое). И традиционные плазменные панели чудовищно прожорливы - из 500 Вт подаваемой мощности собственно в свет преобразуется не больше 0,5#8194;Вт, остальное рассеивается в окружающую среду. Это порождает кучу проблем, связанных не только с необходимостью рассеивать тепло: например, при высокой температуре люминофор постепенно испаряется, загрязняя верхнее стекло, что и приводит к известному эффекту quot;выгоранияquot; плазменных панелей.

В плазменных панелях невозможно менять интенсивность свечения с помощью изменения напряжения, потому полутона формируют, изменяя время горения ячейки в течение одного цикла работы (так называемую скважность). Поскольку речь идет о микросекундах, к быстродействию ячейки предъявляются определенные требования. quot;С нуляquot; она зажигается слишком долго; вдобавок время зажигания сильно зависит от того, как давно ячейка включалась в прошлый раз. Чтобы точнее регулировать среднюю интенсивность свечения, приходится удерживать ячейку на грани срабатывания - обычно это делают, выставляя на дисплейных электродах погашенной ячейки напряжение выше поддерживающего, но недостаточное для зажигания. Кроме того, используют вспомогательные ячейки без люминофора, которые включены постоянно и служат поставщиками ионизированного газа в основные ячейки через специальные зазоры. Все это, кроме более точного регулирования времени горения, позволяет снизить напряжение зажигания (а значит, и потребляемую мощность). Однако ведет к неприятностям другого рода#8194;- ионизированный газ хоть и очень слабо, но тоже светит, отсюда и проблемы с получением quot;настоящего черногоquot;.

О недостатках и проблемах этой ужасной с точки зрения нормального инженера конструкции можно рассказывать долго. Так почему же столь горячее, хрупкое и капризное чудовище обрело такую популярность?

Все дело в двух обстоятельствах. Во-первых, какое-то время ни одна массовая технология, кроме PDP, не позволяла получить плоский дисплей достаточных размеров, к тому же такой, для которого отдельные панели можно составлять в большие экраны практически без швов. Во-вторых, несмотря на жутковатые принципы устройства и отсутствие нормального черного, PDP превосходно (лучше многих ЖК-матриц) и независимо от углов обзора передают цвета, а также обладают высокой яркостью и, как следствие, контрастностью (у вышеупомянутого Panasonic TH-R42PY85 этот параметр удалось довести до 30000:1, а в динамике - аж до миллиона к одному). В студиях, конференц-залах, на эстрадных сценах плазменные панели вне конкуренции, особенно учитывая их способность работать при температурах до –60 °С.

Как показал опыт Козловского, и в домашнем секторе все не так плохо, как было еще года два назад. Например, энергопотребление удалось снизить до приемлемых величин - с учетом функции энергосбережения тот же Panasonic TH-R42PY85, согласно спецификации, требует в среднем 475 Вт, что всего на треть выше, чем могла бы потреблять ЖК-панель такого же размера (максимальный размер ЖК-телевизоров Panasonic - 37 дюймов, потребление чуть менее 200 Вт, аналогичная quot;плазмаquot; потребляет около 300 Вт). Подтянулись и другие параметры.

Но все же, если внимательно изучить спецификации, окажется, что в случае quot;плазмыquot; целесообразно рассматривать лишь топовые модели. Я верю, что параметры яркости-контрастности, энергопотребления и прочие действительны и для более дешевых образцов (TH-R42PY85 стоит около двух тысяч долларов), но спускаясь по размерам и по ценовой линейке, мы упираемся в разрешение. Видимо, делать плазменные ячейки меньше полумиллиметра так и не научились, и истинное HD-разрешение (1920х1080) характерно лишь для экранов 42 дюйма и более, да и то не для всех - например, тысячедолларовый TH-R42PV80 имеет разрешение 1024х768, и до настоящего HD ему так же далеко, как советским трубкам 61ЛК5Ц до Sony Trinitron. Мне пришлось видеть живьем подобные дешевые панели (причем дешевые только в сравнении - еще пару-тройку лет назад и они стоили два-три килобакса), и производят они устрашающее впечатление даже при воспроизведении фирменного DVD.

Так что если у вас нет лишних денег, а большие размеры вас интересуют меньше качества, лучше все же выбрать ЖК-аппарат. А еще лучше - подождать, пока не прорвется OLED-пузырь (почему разрекламированные OLED-дисплеи до сих пор можно увидеть лишь на выставках, обещаю рассказать позднее) или не появятся какие-нибудь лазерные телевизоры. Впрочем, это мое сугубо личное мнение.