668_Mamchev_G.V._Tekhnicheskie_sredstva_TV_vehhanija_

Рис. 7.47. Структурная схема передатчика и приемника внутренней шины CMADS

Загрузка драйверов производится последовательно слева направо с использованием эстафетного механизма. Для загрузки каждого драйвера выделен свой интервал времени. Для снижения потребляемой мощности в процессе загрузки, пока идет загрузка одного из драйверов, во всех других производится отключение модулей приема в соответствии с эстафетным сигналом STH. По сравнению с обычной параллельной шиной данных на основе КМОП-логики, применяемой ранее в дисплеях с низким разрешением, данная шина имеет меньшее число проводников, что позволило уменьшить размеры печатной платы столбцовых драйверов и снизить стоимость ее производства. За счет уменьшения значений токов в шине удалось в значительной степени понизить уровень электромагнитного излучения.

Внутренняя дисплейная шина RSDS. RSDS (Reduced Swing Differential Signaling) – название внутренней шины с низким уровнем сигналов для интерфейса, обеспечивающего связь дисплейного контроллера со строчными драйверами ЖКЭ. Данная шина разработана фирмой National Semiconductor. Для примера на рис. 7.48 приведена структура ЖКЭ TFT-типа, в которой используются столбцовые драйверы с интерфейсом RSDS. В качестве дисплейного контроллера TCON в дисплее применяется микросхема FPD87310, разработанная фирмой National Semiconductor. Структура шины RSDS соответствует топологии «звезда».

Малошумящая скоростная шина внутреннего дисплейного интерфей-

са Wisper Bus. Топология шины Wisper Bus «точка – точка»; аналогичная топологии, показанной на рис. 7.45 для шины LVDS. Прием информации производится одновременно всеми драйверами столбцов. Для мультиканальной топологии шины типа «звезда» прием данных осуществляется каждым драйвером по очереди, в течение своего короткого временнóго интервала. Для приема данных в каждом драйвере используются две отдельные шины данных и общая дифференциальная шина битовой синхронизации данных. Тактирование данных производится по каждому фронту сигнала синхронизации.

Реализация такой топологии потребовала введения в структуру дисплейного контроллера буфера данных на строку.

Структура и электрофизика данной шины позволила решить следующие задачи:

уменьшить уровень электромагнитного излучения, связанного с передачей высокочастотных сигналов данных по интерфейсной шине ЖКЭ;

уменьшить мощность потребления, связанную с передачей данных по шине;

уменьшить число проводников во внутреннем дисплейном интерфейсе;

уменьшить стоимость печатной платы за счет уменьшения числа слоев платы и площади, необходимой при трассировке шины;

уменьшить стоимость шины за счет уменьшения числа передатчиков и приемников.

При использовании дифференциального интерфейса LVDS выходной ток

каждого передатчика шины составляет от 2,5 до 4,5 мА. Интерфейс ЖКЭ содержит до 16 высокоскоростных сигналов данных. Мощность, затрачиваемая на поддержку шины, будет в этом случае достаточно высокой для портативных воспроизводящих устройств с ограниченным ресурсом по мощности.

Немаловажным является и вопрос, связанный с числом приемников и передатчиков, а также числом проводников, обслуживающих прием и передачу сигналов шины. При использовании дифференциального интерфейса требуется 36 экранированных проводников. Использование дифференциальной шкалы связано с установкой согласующих резисторов со стороны приемника, что тоже увеличивает сложность и стоимость реализации. На согласующих резисторах рассеивается бóльшая часть мощности, затраченной на передачу сигналов.

Передача двоичных цифровых сигналов по шине Wisper Bus производится не уровнями напряжения, как в обычной дифференциальной схеме, а уровнями токов и к тому же по единственному проводу (рис. 7.49). Протекание тока для обоих токовых состояний происходит всегда в одном и том же направлении – от приемника к передатчику. В соответствии со входными двоичными сигналами передатчик подключает один или другой источник тока, как показано на рис. 7.49 [32].

Рис. 7.49. Эквивалентная схема передатчика шины Wisper Bus

Таким образом, получаем два токовых номинала: 50 и 150 мкА, которые соответствуют двоичным состояниям «0» и «1». Такая схема эквивалентна смещению тока на +50 мкА относительно постоянной токовой составляющей в 100 мкА. Амплитуда рабочих токов, используемая для передачи данных в

шине Wisper Bus (100 мкА), на порядок меньше амплитуды токов, используемых в интерфейсе RSDS (до 2 мА) (рис. 7.50). Амплитуда напряжения в точке суммирования приемника составляет около 1 В, но абсолютное значение этого напряжения не играет особой роли в реализации данной шины и определяется порогами транзистора в приемнике.

Структурная схема шины Wisper Bus представлена на рис. 7.51 [32].

Рис. 7.50. Эквивалентные схемы приемников шины Wisper Bus и дифференциального интерфейса RSDS

Рис. 7.51. Структурная схема шины Wisper Bus

7.7. Технические возможности современных серийно выпускаемых жидкокристаллических дисплеев

ЖК-дисплеи выпускаются с самыми разными размерами диагонали экрана

– от нескольких дюймов до 100ʺ и более, причем необязательно в стандартном

для телевидения формате 16:9 и необязательно плоские. Например, фирма Samsung выпускает изогнутые ЖК-дисплеи.

Большинство моделей ЖК-дисплеев, изготавливаемых фирмами Astrodesign, Blackmagic, Canon, Ikegami, JVC, NEC, ORIS, Osee, Panasonic, Samsung, Sony, TVlogic, с разрешением 4K UHD, то есть с 3840х2160 пикселями в одном кадре телевизионного изображения характеризуются следующими параметрами и функциональными возможностями:

размер экрана по диагонали – 9,6ʺ…84ʺ;

размер одного пикселя – 0,06…0,17 мм;

разрядность представления цвета – 8 бит (примерно 16,8 млн. оттенков), 10 бит (1,06 млрд. оттенков);

контрастность воспроизводимых изображений – 800:1…5000:1;

номинальная яркость – 200 кд/м2…1000 кд/м2;

частота кадровой развертки – 30…120 Гц;

подсветка экрана – светодиодная белая (технология W-LED), светодиодная RGB, светодиоды расположены по периметру или по всей площади экрана;

масса – примерно 3,1…60 кг.

Впрофессиональных дисплеях, как правило, устанавливаются ЖКматрицы IPS (In Planar Switching)-типа с планарной ориентацией молекул жидкого кристалла между электродами ячеек, гарантирующие стабильные углы обзора, достоверную цветопередачу, малое время отклика и незначительную девиацию основных параметров в процессе длительной работы.

Большинство моделей дисплеев имеют встроенный процессор Teranex, автоматически выполняющий преобразование, то есть повышающую конверсию разрешения SD и HD до Ultra HD.

Особенностью ЖК-дисплеев больших размеров (с диагоналями экранов более 50ʺ) стало внедрение новой технологии LED Smart Lighting, известной как «автоматическое локальное затемнение». В данном случае система обработки изображения в дисплее анализирует телевизионный сигнал, автоматически регулирую яркость задней подсветки за счет включения и выключения светодиодов в нужной комбинации, что позволяет добиться увеличения динамического коэффициента контрастности до значения 500000:1 и выше. При этом конструкторы также смогли существенно (более 30%) снизить энергопотребление ЖК-дисплеев.

Для удобства использования в составе телевизионных комплексов мониторы снабжаются трехцветными индикаторами Tally.

Вряде случае в ЖК-мониторы дополнительно устанавливаются:

датчик температуры для стабилизации светодиодной подсветки;

встроенный спектрометр для стабилизации цветопередачи при длительном времени работы;

встроенный сенсор для контроля однородности цветового баланса подсветки.

ЖК-дисплеи для ВИС систематизируются по размеру диагонали экрана, разрешающей способности (Full HD, 4K UHD или 8K UHD), месту установки (в помещениях и вне их), наличию/отсутствию встроенного медиаплеера.

Для установки вне помещений выбираются дисплеи с повышенной яркостью (500…2000 кд/м2) и контрастностью (3000:1…10000:1), это позволяет обеспечить приемлемое качество воспроизводимого изображения даже в условиях яркого солнечного света.

Компания Philips предлагает изготавливать ЖК-дисплей для ВИС с применением технологии Ambilight. Суть ее в том, что система подсветки дисплея не только освещает сам экран, но и отбрасывает свет на стену за дисплеем в соответствии с цветовой гаммой изображения на экране. За счет этого вокруг дисплея создается динамический ореол, привлекающий внимание проходящих мимо людей. Кроме того, визуально воспроизводимое изображение как бы выходит за пределы экрана, что тоже нравится аудитории.

Все чаще современные дисплеи ВИС оснащаются встроенным медиаплеером. Сделать это сегодня несложно, поскольку для этого достаточно одного чипа и соответствующей микропрограммы. Контент загружается в плеер по сети или с внешнего USB-носителя. Смысл в медиаплеере имеется, если дисплей работает самостоятельно и не предназначен для отображения онлайнового контента.

ЖК-дисплеи, устанавливаемые вне помещений, помещаются в алюминиевый корпус, который не боится коррозии и надежно защищает их от пыли и влаги, а закаленное высокопрочное стекло выдерживает механические воздействия.

Принудительное воздушное охлаждение предотвращает выгорание матрицы дисплея и образование конденсата. Конструктивно оформленные подобным образом дисплеи рассчитаны на круглосуточную работу.

Датчик яркости внешнего освещения автоматически регулирует уровень подсветки ЖК-экрана. Этот режим работы позволяет экономить электроэнергию, расходуемую на отображение информации.

Примерами конкретных моделей ЖК-дисплеев со светодиодной подсветкой, выпускаемых компанией Panasonic, являются TH-84LQ70W и TH94LQ70W с диагональю экрана 84ʺ и 94ʺ соответственно при разрешающей способности, соответствующей стандарту 4K UHD.

Самым большим ЖК-дисплеем для ВИС, выпускаемым фирмой Philips, является модель BDL 9870 EU с диагональю экрана 98ʺ (250 см), рассчитанная на круглосуточную работу.

8. ПЛОСКОЭКРАННЫЕ ВОСПРОИЗВОДЯЩИЕ УСТРОЙСТВА, АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИМ ЭКРАНАМ

8.1. Принципы работы и устройство плазменных панелей

8.1.1. Физические основы газового разряда

Основным физическим явлением, используемым в воспроизводящих устройствах плазменного типа, является газовый разряд. Газы становятся электропроводными в результате их ионизации. Различают несамостоятельные (ионизация за счет внешних воздействий) и самостоятельные (ионизация за счет собственного тока) разряды. Типичным прибором, в котором применяется самостоятельный разряд, являются газоразрядные лампы, например, лампы дневного света.

Самостоятельный газовый разряд возникает, когда между двумя электродами создан достаточно большой электрический потенциал. Когда он достигает некой критической величины Uпр, происходит пробой и зажигается газовый разряд (рис. 8.1). В этой фазе (на рис. 8.1 – участок аб) его называют нормальным тлеющим разрядом. Из рис. 8.1 видно, что нормальному тлеющему разряду соответствует спадающая вольт-амперная характеристика. При этом важно отметить, что потенциал, поддерживающий нормальный тлеющий разряд, меньше, чем его поджигающий. Нормальный тлеющий разряд и применяется в плазменных панелях, иногда с частичным заходом в область аномального разряда (см. рис. 8.1 – участок вг).

Рис. 8.1. Типичная вольт-амперная характеристика самостоятельного газового разряда:

Uпр – потенциал пробоя (поджига); Участок аб – нормальный тлеющий разряд; Участок вг – дуговой разряд

Рис. 8.2. Спектр излучения газовой смеси криптон-ксенон (Kr-Xe)

Газовый разряд, возникающий между проводящими электродами, зависит от материала и формы электродов, создающих граничную конфигурацию электрического поля. Электроды являются как бы «истоком» и «стоком» заряженных частиц. Если повышать прикладываемое к электродам напряжение и давление газа в ячейке, то в разрядном промежутке происходит самопроизвольный переход объемной формы разряда в канальную, когда весь ток течет через один или несколько тонких высокопроводящих газовых каналов.

Таким образом, при пробое газа (поджиге) формируются каналы, то есть стримеры, или зона, содержащая ионизированный газ, – плазму, представляющую собой квазинейтральную газовую среду, содержащую положительно и отрицательно заряженные частицы практически одинаковой концентрации, составляющей приблизительно 1010 см–3. Поддержание концентрации зарядов (электронов, положительных и отрицательных ионов), необходимой для существования плазмы, обеспечивается взаимодействием нейтральных атомов со свободными электронами, ускоряющимися внешним электрическим полем.

Низкотемпературная газоразрядная плазма порождает электромагнитные волны, спектр которых определяется рекомбинацией ионов плазмы до нейтральных молекул при столкновении с электронами и состоит из широких полос в диапазоне волн 100…200 нм, расположенном на переходе от высокочастотной области видимого света к низкочастотной области ультрафиолетового излучения (рис. 8.2).

Переходные процессы, связанные с пробоем и формированием плазмы, протекают достаточно быстро (10–7 с и менее). После этого тлеющий разряд становится равновесным, то есть процессы рекомбинации и ионизации в нем уравновешены. В фазе аномального разряда начинается стягивание его положительного столба. При этом столб отрывается от стенок сосуда, ограничивающего разряд. В точке г (см. рис. 8.1) разряд становится дуговым.

8.1.2. Устройство ячеек плазменных панелей

Электромагнитная энергия плазменного разряда, сосредоточенная в ультрафиолетовой части ее спектра, воздействует на облучаемое вещество и ионизирует его (происходит поглощение фотона излучения). При этом наблюдается фото-

эффект (испускание электронов, энергия которых соответствует видимой части спектра электромагнитных колебаний), который проявляется в ответном свечении вещества, называемом люминесценцией, то есть происходит преобразование энергии электрического возбуждения плазмы в световую энергию (рис. 8.3).

Уровень люминесценции веществ весьма различен. Вещества, способные к интенсивной люминесценции, называют люминофорами. Они обладают линейчатым спектром оптического излучения. В технике чаще всего применяют кристаллофосфоры и их смеси. Свечение люминофора обусловлено свойствами основного вещества и примесей, которые порождают в основном веществе центры люминесценции. Энергия активирующего облучения должна соответствовать спектру фотовозбуждения люминофора. Интенсивность свечения цветного люминофорного вещества зависит от энергетической эффективности облучающей плазмы, оптической отдачи люминофора и технологического качества тонкопленочных люминофорных покрытий. Длительность послесвечения различных люминофоров лежит в пределах от 10–9 с до нескольких часов. Для примера на рис. 8.4 представлена типовая временнáя зависимость интенсивности отклика люминофора, используемого в плазменных панелях, на короткий импульс ультрафиолетового излучения (12 нс) с длиной волны 193 нм.

Рис. 8.3. Структура спектра излучения цветных люминофоров, применяемых в плазменных панелях

Рис. 8.4. Временнáя зависимость оптического отклика люминофора на короткий ультрафиолетовый импульс облучения

Таким образом, в основу работы плазменных панелей положено преобразование ультрафиолетового излучения плазмы в видимое с помощью люминофоров.

Плазменная панель любого типа разбита на ячейки прямоугольной формы, причем каждая ячейка соответствует одному пикселю. Общее число ячеек плазменной панели превышает 1 млн. Например, плазменная панель формата 16:9 обычно имеет по горизонтали 853 пикселя, в каждом из которых содержится по три RGB-ячейки. Таким образом, в горизонтальном направлении плазменной панели располагаются 2559 ячеек. Соответственно, в вертикальном направлении плазменной панели формируются 480 пикселей. В целом, такая панель содержит 1 228 320 ячеек. Конкретные размеры отдельной ячейки зависят от величины диагонали плазменной панели. Например, при диагонали 42 дюйма (107 см), шаг пикселей составит 1,1 мм. В этом случае на каждую ячейку с учетом толщины перегородки приходится всего 0,37 мм. При производстве допускается некоторое минимальное количество дефектных пикселей (не более 0,001%) даже у только что изготовленных панелей.

Любая элементарная ячейка плазменной панели представляет собой миниатюрный газоразрядный прибор (рис. 8.5). При этом сотовая структура ячеек размещена между двух близкорасположенных пластин. Практически пластины находятся друг от друга на расстоянии 100...200 мкм. Одна из которых является задней стенкой панели, а другая – передней, то есть выходной и поэтому должна быть прозрачной в видимой части спектра и иметь антибликовое покрытие. К пластинам прикреплены продольные перегородки, которые, собственно, и формируют боковые стенки камер ячеек. В целом, совокупность двух пластин и продольных перегородок образует достаточно жесткую конструкцию плазменной панели.

Устройство плазменной панели, разработанные фирмой Pioneer (Япония) (см. рис. 8.5) представляет собой «вафельную» структуру (технология Waffle или Deep Waffle) [40]. В этом случае каждая элементарная ячейка плазменной панели представляет собой «каверну» в подложке (рис. 8.6). Достоинство подобной конструкции заключается в полной изоляции отдельных «каверн».

Рис. 8.5. Устройство ячеек плазменной панели