516_Mamchev, G. V. Televidenie Vysokoj Chetkosti

11.1.3. Принципы формирования растра

Фирмой NEC предложен оригинальный метод управления ячейками плазменной панели, позволяющий высвечивать пиксели не последовательно, то есть друг за другом, как это традиционно делается, например, в кинескопах, а большими блоками [72]. В этом случае полный цикл управления состоит из восьми стадий, каждая из которых соответствует определенному состоянию газоразрядной ячейки. Физические состояния элементарной ячейки в каждой стадии иллюстрируются рис. 11.7.

Стадия 1 соответствует исходному состоянию. Все электроды находятся под условно нулевым потенциалом (см. рис. 11.7, 1).

Стадия 2 соответствует начальному разряду. В данном случае поджигается тлеющий разряд, при этом устанавливается ток в плазме, соответствующий нижнему потенциалу нормального разряда. Потенциал шины Sustain (поддерживающего электрода) положителен. Излучение из газоразрядной ячейки практически отсутствует. На этой стадии создается первичная ионизация газа, обеспечивающая на следующей стадии включение разряда без поджига (несамостоятельный разряд) (см. рис. 11.7, 2).

Рис. 11.7. Цикл состояний газоразрядной ячейки в режиме записи данных:

а – шина Scan; b – шина Sustain; С – шина Data

Стадия 3 соответствует состоянию разряда, обеспечивающего запись данных. Шина Sustain отключается. На шины Scan (управления) и Data (адресная) подаются короткие импульсы с размахом, соответственно, –180 и +70 В. Разряд формируется в зоне между шинами Scan и Data. Коммутация ячеек выполняется

вобычном режиме вдоль строк и прогрессивно по вертикали. Время коммутации строки составляет 3 мкс (см. рис. 11.7, 3).

Стадия 4 соответствует режиму сохранения данных. В данном случае все шины отключены. На шинах Scan и Data сохраняются электрические заряды в тех ячейках, на которые напряжения в стадии 3 поступали одновременно. Эти заряды создают электрическое поле, поддерживающее ионизацию с потенциа-

лом в 250 В (см. рис. 11.7, 4).

Стадия 5 соответствует первому этапу основного разряда. На шину Scan подается потенциал +40 В, на шину Sustain – –180 В. Этим инициируется равновесный тлеющий разряд с общим потенциалом 250 + 220 = 470 В, достаточным для плазменного излучения интенсивного потока ультрафиолетовых лучей

(см. рис. 11.7, 5).

Стадия 6 соответствует второму этапу основного разряда. На этом этапе

вячейках поддерживается режим плазменного разряда (см. рис. 11.7, 6). Стадия 7 соответствует режиму гашения разряда. Для этого на шинах Scan

и Sustain снижаются потенциалы до уровня, использованного на стадии 2. Ультрафиолетовое излучение исчезает (см. рис. 11.7, 7).

Стадия 8 соответствует исходному состоянию ячеек. Для чего шины Scan и Sustain замыкаются. Это приведет к прекращению ионизации (см. рис. 11.7, 8).

Рассмотренный выше цикл приведения ячеек плазменной панели в светоизлучающее состояние, в первую очередь, обеспечивает запись данных в ячейки и только затем одновременное их высвечивание. А это – путь к существенному повышению качества воспроизводимого изображения. Тем не менее, при таком режиме воспроизведения телевизионного изображения практически не будет передаваться шкала серого, а число отображенных цветовых оттенков будет недостаточным.

Практическим выходом из данной ситуации является разделение процедуры записи и отображения изображений на несколько субполей. В этом случае развертка изображения в плазменной панели осуществляется следующим образом. Фактически каждое телевизионное поле, имеющее длительность 20 мс разбивается на восемь субполей (SF – Sub Fields) различной длительности (рис. 11.8) [73]. Каждое субполе состоит из двух временных интервалов: ta/td (адресации/отображения – address/display). Интервалы адресации одинаковы во всех субполях, а интервалы отображения соотносятся следующим образом:

td SF1: td SF2: td SF3: td SF4: td SF5: td SF6: td SF7: td SF8 = = 1:2:4:8:16:32:64:128

Во время интервала адресации осуществляется процесс адресации всех газоразрядных ячеек плазменной панели. Во время интервала отображения на все разрядные электроды подаются импульсы напряжения, количество которых зависит от номера субполя, при этом зажигаются только те ячейки, которые были

Рис. 11.8. Структура растра при разбивке каждого телевизионного поля на восемь субполей

Рис. 11.9. Эквивалентная электрическая схема газоразрядных ячеек:

+ – наличие зарядов у элементарных конденсаторов

предварительно проадресованы. Таким образом, адресуя ячейку в различных субполях, можно получить различное число ее вспышек в течение поля – от 0 (не адресована ни в одном субполе) до 255 (адресована во всех 8 субполях), то есть получить 256 градаций яркости. В случае цветной плазменной панели количество передаваемых цветов равняется 256 256 256 = 16,78 млн. цветов.

Важнейшим моментом, без которого невозможно было бы осуществить приведенный выше способ развертки, является процесс адресации. Матричная структура электродов панели позволяет управлять одновременно только одним рядом (строкой или столбцом) ячеек. Для адресации всех ячеек плазменной панели одновременно было сделано следующее. Конструктивно каждая ячейка устроена так, что в месте пересечения адресного и одного из разрядных электродов (инициирующего) образуется небольшая емкость, то есть каждая ячейка представляет собой маленький конденсатор, одним из обязательных параметров которого является малый ток утечки (рис. 11.9) [73]. В процессе адресации происходит последовательное сканирование всех ячеек плазменной панели – заряд элементарных конденсаторов тех ячеек, которые должны вспыхнуть в данном субполе, и разряд тех, которые загораться не должны. Благодаря малому току утечки элементарного конденсатора, его заряд сохраняется в течение всего суб-

поля, вплоть до следующего периода адресации. Например, из анализа рис. 11.9 следует, что при подаче напряжения на все разрядные электроды зажгутся только ячейки А1, А3, В2, С1, С3.

К важным достоинствам способа формирования растра путем разбивки каждого поля на восемь субполей относится тот факт, что частота мельканий газоразрядных ячеек плазменной панели во много раз превышает частоту мельканий отдельных элементов изображения на экране ЭЛТ (например, самые яркие ячейки плазменной панели зажигаются 255 раз за 20 мс). В свою очередь это приводит к значительному снижению утомляемости глаз при наблюдении телевизионных изображений, воспроизводимых плазменной панелью.

11.1.4. Методы увеличения яркости и контраста воспроизводимых изображений

Теоретически средняя яркость одного пикселя плазменной панели должна иметь гораздо бóльшую яркость по сравнению с яркостью пикселя, воспроизводимого кинескопом. Это объясняется тем, что при чересстрочной развертке за время одного телевизионного поля любой элемент изображения (пиксель) на экране кинескопа имеет одну вспышку, а максимальное число вспышек пикселя плазменной панели может достигать 255. Поэтому изображения, воспроизводимые плазменной панелью, должны иметь очень большой контраст. Однако в плазменной панели из-за некоторых особенностей формирования растра значительно снижается контраст воспроизводимых изображений. Дело в том, что для нормальной работы плазменной панели необходима так называемая «пилотная подсветка» – предварительный (инициализирующий) разряд, создающий условия для возникновения основного разряда. Такой разряд появляется в каждом субполе непосредственно перед началом интервала отображения, то есть за одно телевизионное поле происходит восемь пилотных разрядов. В результате таких предварительных разрядов возникает тусклое свечение, являющееся причиной снижения контраста изображения. Для уменьшения влияния паразитной засветки, вызванной пилотным разрядом, применяются несколько способов. Например, передняя стеклянная пластина плазменной панели покрывается особой задерживающей свет пленкой, которая в значительной степени снижает интенсивность излучения, вызванного пилотной подсветкой, и позволяет сделать черные участки изображения более темными. Но в этом случае снижается и интенсивность полезного излучения. Другой способ заключается в предельно допустимом уменьшении величины и частоты пилотных разрядов. Например, японской фирмой Pioneer был разработан метод управления CLEAR (high Contrast & Low Energy Address & Reduction of false contour sequence – высококон-

трастная система адресации и подавления ложных контуров с низким потреблением энергии), позволяющий снизить количество пилотных импульсов до одного за период телевизионного поля [73].

Другой причиной снижения контраста изображения в плазменной панели является наличие специального диэлектрического слоя, хорошо отражающего свет и расположенного непосредственно под люминофорами (см. рис. 11.6).

Этот слой, в частности, отражает световые лучи, попадающие через переднюю стеклянную пластину плазменной панели извне, что снижает контраст воспроизводимого изображения. Для борьбы с этим эффектом используются следующие способы. Во-первых, переднее стекло покрывается специальной затемняющей пленкой. В этом случае излученный люминофором свет проходит через пленку только один раз, внешний свет – два раза, что обеспечивает значительно бóльшее его затухание. Во-вторых, на верхние части ребер, отделяющих ячейки друг от друга, наносится черный светопоглощающий материал, снижающий общую площадь отражающей поверхности плазменной панели.

Значительного увеличения динамического диапазона яркости свечения плазменной панели удалось добиться компании Matsushita Electric Industrial (Япония), которая разработала метод обработки сигналов Plasma AI (Adaptable Brightness Intensification System – адаптируемое повышение яркости) [74]. Суть метода состоит в следующем. Специальный процессор в зависимости от поступающего на его вход видеосигнала рассчитывает необходимое количество субполей для достоверной передачи яркости изображения. Это позволяет избавиться от ненужных субполей, что увеличивает общее время отображения за телевизионное поле, так как вместе с субполями пропадают и интервалы адресации, в течение которых газоразрядные ячейки не светятся. Другой разработкой компании Matsushita Electric Industrial является система управления Inchreal Black Drive System – Inch, позволяющая значительно сократить светоизлучение предварительного разряда.

Перечисленные выше нововведения позволили японской фирме добиться наиболее высокой среди плазменных панелей, выпускаемых разными производителями, яркости (до 650 кд/м2) и контраста, который при отсутствии внешней засветки достигает значения 3000.

Еще один способ увеличения яркости белых участков изображения разра-

ботала фирма Fujitsu General. Метод управления APLC (Advanced Peak Luminance Control – усовершенствованное управление яркостью белого) позволил повысить яркость отображаемого изображения до 560 кд/м2, а его контрастность – до 580.

Кардинального увеличения яркости изображения позволяет добиться так называемая технология двоичного сканирования (Dual Scan). Экран панели, изготовленной по этой технологии, разбит на две половины, каждая из которых управляется отдельно. Достоинством такого способа управления является повышенная яркость излучения вследствие уменьшения периода адресации, а недостатком – достаточно высокая цена, вызванная необходимостью применения двойного набора управляющих схем.

11.1.5. Способы повышения четкости воспроизводимых изображений

Для использования плазменных панелей в системах ТВЧ необходимо, чтобы они имели высокую разрешающую способность (до 1920 пикселей по горизонтали и до 1080 пикселей по вертикали). Прямой путь увеличения числа пик-

селей сопряжен с необходимостью уменьшения размеров газоразрядных ячеек, а значит и объема плазмы, и, в конечном итоге, яркости пикселей.

Двукратное увеличение разрешающей способности по вертикали при сохранении высокой яркости позволяет метод ALiS (Alternate Lighting of Surfaces – попеременное свечение поверхностей), положенный в основу работы панелей Fujitsu и позволяющий разложить изображение более чем на 1000 строк без ухудшения его яркости. Используя эту технологию, фирма разработала плазменную панель с поддержкой стандарта ТВЧ и яркостью свечения 500 кд/м2 [75].

В обычных панелях разрядные электроды строк сгруппированы парами – по два на одну строку. Для исключения влияния пар друг на друга расстояние между ними выбирается большее, чем расстояние между электродами в паре. Разряд возникает только между электродами одной пары, пространство между парами электродов оказывается полностью неосвещенным ультрафиолетовым излучением. В плазменных панелях, изготовленных по технологии ALiS, расстояние между всеми разрядными электродами одинаковое. Для формирования изображения используется чересстрочная развертка: в течение первого полукадра разряд происходит только в четных строках развертки (между электродами 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6, ...), а во время второго полукадра – в нечетных (между электродами 2 и 3, 4 и 5, 6 и 7, ...).

Способ воспроизведения изображений с чередованием полей позволяет не только успешно решить проблемы разрешения, но и существенно увеличить яркость изображения. Действительно, раз в любой момент времени работает только половина пикселей, можно именно для их свечения использовать всю мощность источника питания, заставив их светиться чуть ли не вдвое ярче, с почти удвоенной контрастностью изображения по отношению к уровню черного.

11.1.6. Коррекция цветовоспроизведения плазменных панелей

В первых моделях плазменных панелей для улучшения цветовых характеристик применялись оптические цветные разделительные светофильтры RGB-типа. Для коррекции цветовоспроизведения плазменных панелей специалистами японской фирмы NEC были созданы RGB-фильтры типа CCF (Capsulated Color Filter – капсулированный цветной фильтр), которые помещаются с внутренней стороны передней стеклянной пластины непосредственно перед каждой газоразрядной ячейкой в соответствии с цветностью ее излучения [72, 74]. В результате световой поток внешней засветки пикселей плазменной панели белым светом ослабляется, но не в три раза, что было бы при идеальных разделительных фильтрах RGB-типа. Так как спектральные характеристики реальных RGB-фильтров типа CCF перекрываются, на практике внешняя засветка ослабляется только в 1,6 раза. При этом в значительной степени уменьшается влияние внешней засветки на контрастность и цветовую насыщенность воспроизводимых изображений.

RGB-фильтры типа CCF выполняют также функцию коррекции спектра излучаемого газоразрядными ячейками светового потока по критерию верности воспроизведения цветовой палитры с ослаблением спектральных составляющих

излучения инертных газов, находящихся в плазменном состоянии. Однако полностью подавить собственное излучение инертных газов и оранжевую составляющую свечения люминофора R-типа только светофильтрами CCF-типа не удается. Поэтому в современных моделях плазменных панелей, выпускаемых фирмой NEC, непосредственно над RGB-фильтрами типа CCF устанавливается дополнительный фильтр цветовой избирательности Accu Crimson, делающий красное смещение цветовой палитры воспроизводимого изображения в целом почти незаметным.

Из колориметрических расчетов хорошо известно, что в уравнение баланса белого основные цвета RGB входят с разными весовыми коэффициентами. При разработке плазменных панелей с одинаковыми по размерам газоразрядными ячейками это обстоятельство приходится учитывать соответствующей коррекцией длительности управляющих импульсов. Японской фирмой Matsushita предложено для подобной коррекции формировать газоразрядные ячейки основных цветов с разными размерами. Данная технология имеет аббревиатуру ACSP (Asymmetrical Cell Structure Panel – панель с асимметричной структурой ячеек). В изготовленной таким образом плазменной панели, самой большой по размерам, оказывается ячейка синего цвета, что позволяет ей в незначительной степени подсвечивать соседние ячейки G, R-цветов просачивающимся ультрафиолетовым излучением, и это придает плазменному экрану приятный синий оттенок [72].

11.1.7. Конструктивные особенности серийно выпускаемых плазменных панелей

В настоящее время плазменные панели серийно выпускаются рядом зару-

бежных фирм, например: SONY, SANYO, PHILIPS, HITACHI, PANASOINC, TOSHIBA, NEC, FUJITSU, DAEWOO, JVC, SAMSUNG, PIONEER, SHARP, THOMSON. Основные параметры последних моделей плазменных панелей ведущих фирм приведены в сводной табл. 11.1.

Фирмы-производители воспроизводящих устройств ведут постоянную работу по их усовершенствованию в направлении повышения разрешающей способности, то есть уменьшения физических размеров газоразрядных ячеек, улучшения цветопередачи и увеличения срока службы без ухудшения эксплуатационных характеристик.

Сегодня первостепенное значение приобретают работы по энергосбережению и устранению таких принципиальных недостатков плазменных устройств, как шум встроенной вентиляционной системы и остаточные изображения, которые могут сохраняться на экране после длительного просмотра неподвижных или несоответствующих формату 16:9 изображений. Так, уровень акустического шума почти всех плазменных воспроизводящих устройств нового модельного ряда удалось уменьшить до 22 дБ. Например, плазменные панели, выпускаемые фирмой SANYO (Япония), оснащены активной системой охлаждения с вентиляторами, которые включаются автоматически при превышении температуры внутри устройства отображения и меняют интенсивность вращения в зависимости от нее.

По мере расширения производства PDP фирмы-производители сосредоточились на снижении стоимости плазменных панелей и повышении их эффективности. С этой целью при изготовлении ПП используется многопанельная технология обработки на одной большой (материнской) подложке. Например, компании LG и Samsung начали с 8-панельной системы обработки. В отличие от TFTматриц плазменные панели можно изготавливать при низких температурах методом прямой печати. На новых линиях производства PDP используется более тонкое стекло толщиной 1,8 мм вместо 2,8 мм, что позволяет существенно снизить вес и стоимость изделий. Дорогой процесс напыления электродов из оксида олова можно заменить сравнительно дешевым CVD-методом (Chemical Vapor Deposition – химическое осаждение из паровой или газовой среды) на производственной линии с несколькими соединенными вакуумными камерами. Предпринимаются попытки заменить дорогие серебряные шины медными.

В последнее время значительно уменьшилась стоимость пластины фильтра, необходимой для обеспечения хорошей контрастности в яркоосвещенном помещении. Использование пленочных фильтров, нанесенных на стеклянные панели, представляет особый интерес с точки зрения снижения их стоимости. Специалисты компании Samsung Electronics изобрели новый тип пластины фильтра, которая блокирует отражение внешнего яркого света за счет использования решетки типа «жалюзи» внутри пластины. Потребовалось некоторое время на то, чтобы сделать ограждающие ребра ячеек плазменной панели достаточно тонкими и наладить коммерческое производство PDP стандарта Full HD. Метод пескоструйной обработки позволяет получить ребра шириной 45 мкм. Недавно появился еще один способ создания тонких ребер – метод копирования, предложенный компанией 3М. Изготовление реберной структуры по шаблону представляет собой весьма экономичный процесс.

В настоящее время, когда у плазменных панелей появились тонкие ребра между отдельными ячейками и сократилось время отклика пикселей, стало возможным изготовление плазменных воспроизводящих устройств с разрешением стандарта Full HD размером 42 дюйма и менее.

Один из основных недостатков большеэкранных плазменных панелей заключается в их значительной массе. Например, одна из самых больших в мире плазменная панель Panasonic TH-103PF9WK с разрешением Full HD, имеющая размер по диагонали 103 (около 262 см), весит 220 кг.

11.2. Устройство гибкого цветного OLED-дисплея

Технология OLED (Organic Light-Emitting Diode – органический светоиз-

лучающий диод, ОСИД) – следующий этап на пути эволюции дисплеев.

Эра органических светодиодов началась в 1977 г., когда был открыт эффект электропроводности полимеров. За это открытие его соавторы Алан Хигер, Алан Мак-Диармид и Хидеки Ширакава были удостоены Нобелевской премии по химии за 2000 год. Дальнейшие исследования этого явления позволили специалистам Кембриджского университета обнаружить в 1990 г. свойство электролюминесценции у проводящих полимеров, что и привело к созданию полимерных органических светодиодов.

Рис. 11.10. Структура дисплея OLED-типа

Принципиальное отличие OLED-дисплеев от широко используемых в настоящее время ЖКЭ заключается в применении для формирования изображения органических веществ, излучающих свет под действием электрического поля. Другими словами, органические материалы, из которых изготовлен OLEDдисплей, становятся электролюминесцентными и излучают свет, когда через них проходит электрический ток. Благодаря этому в OLED-дисплеях отпадает необходимость в энергопотребляющей задней подсветке для создания яркого изображения, не используются поляризующие пленки и другие компоненты ЖКЭ. За счет более простой структуры OLED-дисплеи можно сделать чрезвычайно тонкими и легкими. Кроме того, OLED-дисплеи могут работать от меньшего (по сравнению с ЖКЭ) напряжения, обладают низким уровнем энергопотребления и выделяют незначительное количество тепла.

Устройство OLED-дисплея иллюстрируется рис. 11.10 [76]. Структура полимерного OED-экрана предельно проста. Каждая ячейка, соответствующая одному пикселю, представляет собой тонкий слой светоизлучающего полимера (совокупность нескольких тонких слоев органического вещества), расположенный между пересекающимися частями перпендикулярных друг другу прозрачного ITO (Indian-Tin Oxide) анода и металлического катода. Анод, изготовленный из прозрачного индий оловянного оксида, наносится на стеклянную подложку.

Рис. 11.11. Эквивалентная схема ОСИД