23) Воспроизводящие устройства плазменного типа

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 U_up, происходит пробой и зажига­ется газовый разряд . В этой фазе его на­зывают нормальным тлеющим разрядом. 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

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 или зона, содержащая ионизированный газ, — плазму, представ­ляющую собой квазинейтральную газовую среду, содержащую положи­тельно и отрицательно заряженные частицы практически одинаковой кон­центрации, составляющей приблизительно 10 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

Переходные процессы, связанные с пробоем и формированием плазмы, протекают достаточно быстро (10 с и менее). После этого тлеющий разряд становится равновесным, т.е. 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.

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.

Рис. 9.6. Базовая конструкция ячейки плазменной панели.

На внутренние поверхности пластин, выполняющих функции передней и задней стенок плазменной панели, нанесены диэлектрические слой, изолирующие совокупность электродов плазменной панели. Причем ди­электрический слой, нанесенный на переднюю (прозрачную) пластину плазменной панели, дополнительно покрывается защитным слоем, изго­товленным из оксида магния. Непосредственно на внутренних поверхно­стях пластин расположены горизонтальные и вертикальные электроды, об­разующие систему из двух взаимно ортогональных решеток Нижние металлические электро­ды расположены на задней непрозрачной пластине. Они называются ад­ресными (address electrode) или электродами данных. Горизонтальные электроды изготавливаются из прозрачного токопроводящего материала. Они сгруппированы по два и расположены на внутренней поверхности передней прозрачной пластины, как правило, стеклянной. Данные электроды называются разрядными а также питающими, сканирующими, инициирующими. Люминофор покры­вает заднюю и частично боковые стенки камеры каждой ячейки. Естест­венно, в плазменной панели используются люминофоры трех разных со­ставов, соответственно, излучающие световой поток трех основных цве­тов: R, G, В. Все ячейки заполнены инертным газом, это неон или ксенон, реже гелий. Используются также и смеси этих газов. Газы находятся в раз­ряженном состоянии. Пониженное давление - это и пониженные потен­циалы поджига и равновесного разряда.

В точке пересечения двух разрядных и адресного электродов форми­руется элементарная ячейка - субпиксель, которая может обеспечивать как R, G, так и В свечение. Три субпикселя RGB образуют пиксель. При по­явлении в субпикселе сильного электрического поля происходит газовый разряд. Образовавшаяся при разряде плазма испускает фотоны ультрафио­летового диапазона, которые, бомбардируя люминофор, заставляют его испускать свет уже видимого диапазона. Это излучение распространяется во все стороны. Значительная его часть направлена не к наблюдателю, а вглубь панели, к задней пластине. Для использования этой части излуче­ния диэлектрический слой, нанесенный на заднюю пластину плазменной панели, дополнительно покрывается специальным отражающим световое излучение слоем. В принципе, передняя (выходная) пластина, изготовлен­ная из стекла, в совокупности с нанесенными на нее диэлектрическим и защитным слоями, а также с прозрачными разрядными электродами не пропускают ультрафиолетовые лучи и потому препятствуют проникнове­нию ультрафиолетового излучения «во внешний мир». Например, только выходная стеклянная пластина поглощает до 97% вредного для человека ультрафиолетового излучения.

Интенсивность излучения элементарных ячеек плазменной панели за­висит от напряжения на разрядных электродах, и, что важно, может регули­роваться лишь в очень небольших пределах. Нижнее значение напряжения на разрядных электродах ограничено напряжением удержания разряда, а верхнее значение - напряжением зажигания, при котором происходит обра­зование плазмы в ячейке при отсутствии поджигающего импульса на адрес­ной электроде. К тому же при большом значении интенсивности разряда происходит выгорание люминофора, что приводит к быстрому старению плазменной панели.

Плазменная панель обладает достаточно низким КПД. Например, ка­ждая элементарная ячейка (субпиксель) размером в 0,37 мм потребляет ток порядка 1,5 мкА. Это достаточно значительный ток для одного субпикселя. Стандартная плазменная панель, содержащая один миллион или более элементарных газоразрядных ячеек потребляет ток, превышающий 1,5 А. При потенциале равновесного разряда 20 В плазменная панель размером 40 дюймов (101 см) потребляет приблизительно 300 Вт электрической мощности.

Сопоставление плазменной панели с воспроизводящим устройством на базе кинескопов показало, что при равных 32 дюймовых (81 см) экранах энергопотребление плазменной панели в три раза выше. Поэтому на прак­тике с целью облегчения теплового режима плазменной панели необходи­мо решить проблему отвода тепла. Для этого плазменные панели оснаща­ются процессором, распределяющим мощность источника питания по всем пикселям пропорционально требуемой от них яркости в соответствии с сигналами из кадровой памяти, специально введенной в состав устройства отображения плазменного типа. Подобный процессор, выпускаемый фир­мой NEC, носит название - Peak Luminance Enhancement (PLE).