Побудова та принцип роботи плазмового та рідкокристалічного моніторів (стр. 1 из 2)
Побудова та принцип роботи плазмового та рідкокристалічного моніторів
1. Побудова та принцип роботи плазмового монітора
Плазмові монітори – це, як правило, монітори з дуже великою діагоналлю (40 – 60 дюймів), із зовсім пласким екраном, а самі монітори є дуже тонкими (товщина їх зазвичай не перевищує 10 см) і одночасно дуже легкими. І при всіх цих перевагах плазмові монітори дозволяють зберегти якість зображення на дуже високому рівні.
Вони здатні забезпечити, у силу особливостей плазмового ефекту, підвищену чіткість зображення, яскравість (до 500 Кд/м2), контрастність (до 400:1) і дуже високу соковитість кольорів. Кут видимості зображення близько 160 градусів. Плазмові монітори зовсім не створюють шкідливих електромагнітних полів. Ці монітори не страждають від вібрації. Необхідно також відзначити й стійкість плазмових моніторів до електромагнітних полів, що дозволяє використовувати їх у промислових умовах. До позитивних якостей плазмових моніторів також можна додати невеликий час їх регенерації (час між посиланням сигналу на зміну яскравості пікселя та фактичною її зміною), відсутність перекручувань зображення й проблем видимості електронних променів та їхнього фокусування. Це дозволяє використовувати такі монітори для перегляду відео, що у свою чергу робить такі монітори просто незамінними помічниками на різних відеоконференціях і презентаціях.
Основним недоліком є їх висока ціна. Також дуже істотним недоліком плазмового монітора є досить висока потужність споживання, яка зростає зі збільшенням діагоналі монітора. Цей недолік пов'язаний вже безпосередньо із самою технологією одержання зображення з використанням плазмового ефекту. Цей факт призводить до збільшення експлуатаційних витрат на даний монітор.
Ще одним недоліком плазмових моніторів є досить низька роздільна здатність, обумовлена більшим розміром елемента зображення. Але, з огляду на той факт, що ці монітори переважно використовуються на презентаціях, конференціях, а також як різні інформаційні і рекламні табло, то зрозуміло, що основна маса глядачів перебуває на значній відстані від екранів цих моніторів. А це сприяє тому, що видима на маленькій відстані зернистість просто зникає на великій відстані.Ще одним досить значущим недоліком плазмових моніторів є порівняно невеликий термін служби. Це пов'язане з досить швидким вигорянням люмінофорних елементів, властивості яких швидко погіршуються, і екран стає менш яскравим. Для приклада, уже через кілька років інтенсивної експлуатації яскравість світіння екрана може знизитися вдвічі. Тому термін служби плазмових моніторів обмежений і становить 5-10 років при досить інтенсивній експлуатації або близько 10000 годин. Ще один, напевно, останній неприємний ефект, можливий у плазмових моніторів – це інтерференція. По суті, інтерференція – це взаємодія світла з різними довжинами хвиль, випроміню-ваного із сусідніх елементів екрана. Внаслідок цього явища певною мірою погіршується якість зображення.
Плазмовий ефект відомий науці досить давно: він був відкритий ще в 1966 р. Неонові вивіски й лампи денного світла – лише деякі види застосування цього явища світіння газів під впливом електричного струму. А от виробництво плазмових екранів для моніторів почалося тільки зараз. Лицьова панель такого екрана складається із двох пласких скляних пластин, розташованих на відстані близько 100 мікрометрів одна від одної.
Між цими пластинами знаходиться шар інертного газу (як правило, суміш ксенону й неону), на який впливає сильне електричне поле. Робочим елементом (пікселем), що формує окрему точку зображення, є група з трьох субпікселів, відповідальних за три основних кольори відповідно. Кожен субпіксель являє собою окрему мікрокамеру, на стінках якої перебуває флюоресціруюча речовина одного з основних кольорів. Пікселі знаходяться у точках перетинання прозорих керуючих хром-мідь-хромових електродів, що утворюють прямокутну сітку. Для того щоб запалити піксель, відбувається приблизно таке. На два ортогональних один одному живильний і управляючий електроди, у точці перетину яких перебуває потрібний піксель, подається висока управляюча змінна напруга прямокутної форми. Газ в осередку віддає більшу частину своїх валентних електронів і переходить у стан плазми. Іони й електрони поперемінно збираються біля електродів по різні боки камери, залежно від фази управляючої напруги. Для підпалу на скануючий електрод подається імпульс, однойменні потенціали складаються, вектор електростатичного поля подвоює свою величину. Відбувається розряд – частина заряджених іонів віддає енергію у вигляді випромінювання квантів світла в ультрафіолетовому діапазоні (залежно від газу). У свою чергу, флюоресцуюче покриття, перебуваючи в зоні розряду, починає випромінювати світло у видимому діапазоні, що й сприймає спостерігач. 97% ультрафіолетової складової випромінювання, шкідливого для очей, поглинається зовнішнім склом. Яскравість світіння люмінофора визначається величиною управляючої напруги.
Визнаним лідером плазмової технології є компанія Fujitsu, що накопичила найбільший досвід у цій області. У 1995 р. Fujitsu вийшла на ринок з новою комерційною серією плазмових дисплеїв Plasmavision, що вдосконалюється й досі. Практично кожен виробник плазмових панелей додає до класичної технології деякі власні ноу-хау, що поліпшують передачу кольору і контрастності. Зокрема, NEC пропонує технологію капсульованого колірного фільтра (CCF), що відкидає непотрібні кольори, і методику підвищення контрастності за рахунок відділення пікселів один від одного чорними смугами (таку саму технологію використовує Pioneer). У моніторах Pioneer також використовуються технологія Enhanced Cell Structure, суть якої – у збільшенні площі люмінофорної плями, і нова хімічна формула блакитного люмінофора, що дає яскравіше світіння, і відповідно підвищує контрастність. Компанія Samsung розробила конструкцію монітора підвищеної керованості – панель розділена на 44 ділянки, кожна з яких має власний електронний блок управління. Компанії Sony, Sharp і Philips спільно розробляють технологію PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal), що має по'єднати в собі переваги плазмових екранів і LCD з активною матрицею. Дисплеї, створені на основі даної технології, поєднують у собі переваги рідких кристалів (яскравість і соковитість кольорів, контрастність) з більшим кутом бачимості й високою швидкістю відновлення плазмових панелей. Як регулятор яскравості в цих дисплеях використовуються газорозрядні плазмові осередки, а для колірної фільтрації застосовується матриця LCD. Технологія PALC дозволяє адресувати кожен піксель дисплея окремо, а це означає неперевершену керованість і якість зображення.
2. Побудова та принцип роботи рідкокристалічного монітора
Екрани рідкокристалічного монітора (Liquid Crystal Display (LCD)) зроблені з речовини (ціанофеніл), що перебуває в рідкому стані, але при цьому має деякі властивості кристалічних тіл. Фактично це рідини, яким властива анізотропія, пов'язана з упорядкованістю в орієнтації молекул. Робота LCD заснована на явищі поляризації світлового потоку. Відомо, що так звані кристалічні поляроїди здатні пропускати тільки ту складову світла, вектор електромагнітної індукції якої лежить у площині, паралельній оптичній площині поляроїда. Для частини світлового потоку, що залишилася, поляроїд буде непрозорим. Даний ефект називається поляризацією світла. Коли були вивчені рідкі речовини, довгі молекули яких чутливі до електростатичного та електромагнітного поля й здатні поляризувати світло, з'явилася можливість управляти поляризацією. Ці аморфні речовини за їхню схожість із кристалічними речовинами за електрооптичними властивостями, а також за здатність набувати форми ємності, назвали рідкими кристалами. Ґрунтуючись на цьому відкритті та внаслідок подальших досліджень, стало можливим виявити зв'язок між підвищенням електричної напруги й зміною орієнтації молекул кристалів для забезпечення створення зображення.
Перше своє застосування рідкі кристали знайшли в дисплеях для калькуляторів і в електронних годинниках, а потім їх стали використовувати в моніторах комп'ютерів і телевізорах. Екран LCD являє собою масив маленьких сегментів (пікселів), якими можна маніпулювати для відображення інформації. LCD має кілька шарів, де ключову роль відіграють дві панелі, зроблені з вільного від натрію й дуже чистого скляного матеріалу – підложки, які містять тонкий шар рідких кристалів між собою.
На панелях є бороздки, які направляють кристали, повідомляючи їм спеціальну орієнтацію. Бороздки розташовані так, що вони паралельні на кожній панелі, але перпендикулярні між двома панелями. Поздовжні бороздки виходять внаслідок розміщення на скляній поверхні тонких плівок із прозорого пластику, що потім спеціальним чином обробляється. Стикаючись із бороздками, молекули в рідких кристалах орієнтуються однаково у всіх осередках. Молекули рідких кристалів за відсутності напруги повертають вектор електричного (і магнітного) поля у світловій хвилі на деякий кут у площині, перпендикулярній осі поширення пучка. Нанесення бороздок на поверхню скла дозволяє забезпечити однаковий кут повороту площини поляризації для всіх осередків. Дві панелі розташовані дуже близько одна до одної. Рідкокристалічна панель засвічується джерелом світла (залежно від того, де він розташований, рідкокристалічні панелі працюють на відбиття або на проходження світла). Площина поляризації світлового променя повертається на 90° при проходженні однієї панелі (рис. 3). З появою електричного поля молекули рідких кристалів частково вибудовуються вертикально уздовж поля, кут повороту площини поляризації світла стає відмінним від 90° і світло безперешкодно проходить через рідкі кристали. Поворот площини поляризації світлового променя непомітний для ока, тому виникла необхідність додати до скляних панелей ще два інші шари, які являють собою поляризаційні фільтри. Ці фільтри пропускають тільки той компонент світлового пучка, у якого вісь поляризації відповідає заданій. Тому при проходженні поляризатора пучок світла буде ослаблений залежно від кута між його площиною поляризації й віссю поляризатора. За відсутності напруги осередок прозорий, тому що перший поляризатор пропускає тільки світло з відповідним вектором поляризації. Завдяки рідким кристалам вектор поляризації світла повертається, і до моменту проходження пучка до другого поляризатора він уже повернутий так, що проходить через другий поляризатор без проблем (рис. 3,а).
У присутності електричного поля поворот вектора поляризації відбувається на менший кут, тим самим другий поляризатор стає тільки частково прозорим для випромінювання. Якщо різниця потенціалів буде такою, що поворот площини поляризації в рідких кристалах не відбудеться зовсім, то світловий промінь буде повністю поглинений другим поляризатором, і екран здаватиметься чорним (промені підсвічування поглинаються в екрані повністю) (рис. 3,б). Якщо розташувати велику кількість електродів, які створюють різні електричні поля в окремих місцях екрана (осередку), то з'явиться можливість при правильному керуванні потенціалами цих електродів відображати на екрані літери й інші елементи зображення. Електроди розміщуються в прозорому пластику і можуть мати будь-яку форму.