Файл: Мультимедиа технологии.pdf

174
Основу конструкции плазменной панели составляют два близкорасположенных стекла, промежуток между которыми заполнен сильно разреженной смесью газов неона и ксенона (рис. 8.2).
На внутренних гранях стекол расположены горизонтальные и вертикальные электроды, образующие систему из двух взаимно ортогональных решеток (рис. 8.2). Вертикальные электроды расположены на заднем стекле и называются адресными (adress electrode). Горизонтальные электроды – прозрачные, они сгруппированы по два, расположены на переднем стекле и называются разрядными (display electrode – электроды отображения, также встречается: питающие, сканирующие, инициирующие).
В точке пересечения двух разрядных и адресного электродов сформирована элементарная ячейка – субпиксель, которая может иметь красный (R), зеленый (G) или синий (B) цвет. Три субпикселя R, G и B 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 заднему стеклу. Для использования этой части излучения на адресный электрод нанесено специальное отражающее покрытие. Интенсивность излучения ячейки зависит, в частности, от напряжения на разрядных электродах, и, что важно, может регулироваться лишь в очень небольших пределах. Снизу напряжение на разрядных электродах ограничено напряжением удержания разряда, а сверху – напряжением зажигания, при котором происходит образование плазмы в ячейке при отсутствии поджигающего импульса на адресном электроде. К тому же при большом значении интенсивности разряда происходит выгорание люминофора, что приводит к быстрому старению панели. Таким образом, изменяя интенсивность разряда, нельзя добиться регулировки яркости в широких пределах. Поэтому для этой цели используется метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ), суть которого

175 заключается в изменении соотношения длительностей включенного
(«светится») и выключенного («не светится») состояния ячейки.
Формирование растра. В результате анализа и обработки скудной информации, приведенной на сайтах фирм-производителей плазменных панелей, складывается следующая картина. Развертка изображения в плазменной панели осуществляется следующим образом. Каждое ТВ поле
(20 мс.) разбивается на 8 субполей (SF – Sub Fields) различной длительности
(рис. 8.3).
Рис.8.2. Устройство ячейки плазменной панели
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 адресация всех ячеек 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 предварительно проадресованы. Таким образом, адресуя ячейку в различных субполях, можно получить различное число ее вспышек в течении поля – от 0
(не адресована ни в одном поле) до 255 (адресована во всех 8 полях), то есть

176 получить 256 градаций яркости. В случае цветной плазменной панели, количество передаваемых цветов равняется 256´256´256=16,78 млн. цветов.
Рис. 8.3. Система электродов панели
Рис. 8.4. Формирование растра
Важным, основополагающим 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 панели одновременно было сделано следующее.
Каждая ячейка устроена так, что в месте пересечения адресного и одного из разрядных электродов (инициирующего электрода) образуется небольшая емкость, то есть каждая ячейка представляет собой маленький конденсатор, одним из обязательных параметров которого является малый ток утечки (рис.
8.5). В процессе адресации происходит последовательное сканирование всех ячеек панели – заряд элементарных конденсаторов тех ячеек, которые

177 должны вспыхнуть в данном субполе и разряд тех, которые загораться не должны. Благодаря малому току утечки элементарного конденсатора, его заряд сохраняется в течение всего субполя, вплоть до следующего периода адресации.
Контраст формируемого изображения. Сравним процесс формирования максимальной и некоторой средней яркости пиксела в CRT и PDP
(плазменные панели) (рис.8.6).
Из рисунка видно, что пиксель плазменной панели может иметь гораздо большую яркость, чем пиксель ЭЛТ, благодаря большому числу вспышек (мах – 255). Поэтому PDP должна иметь очень большой контраст.
Однако в плазменной панели есть специфический процесс, снижающий контраст формируемого изображения. Дело в том, что для нормальной работы PDP необходима так называемая «пилотная подсветка» – предварительный (инициализирующий) разряд, создающий условия для возникновения основного разряда.
Рис.8.5. Процесс адресации ячеек

178
Рис.8.6. Формирование яркости ячейки в ЭЛТ и PDP
Такой разряд появляется в каждом субполе непосредственно перед началом интервала отображения, то есть за одно ТВ поле (20 мс) происходит
8 пилотных разрядов. В результате такого предварительного разряда возникает тусклое свечение, являющееся причиной снижения контраста изображения. Для уменьшения влияния паразитной засветки, вызванной пилотным разрядом, применяется несколько способов. Например, переднее стекло плазменной панели покрывается особой задерживающей свет пленкой, которая сильно 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. Так, фирмой Pioneer был разработан метод управления CLEAR (high Contrast & Low Energy Address & Reduction of false contour sequence – высококонтрастная система адресации и подавления ложных контуров с низким потреблением энергии),

179 позволяющий снизить количество пилотных импульсов до одного за период телевизионного поля.
Другой причиной снижения контраста изображения в PDP является наличие специального хорошо отражающего свет слоя, расположенного непосредственно под люминофорами. Этот слой отражает внешний свет, что снижает контраст. 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, а внешний свет – два раза, затухая сильнее. Во-вторых, на верхние части ребер, отделяющих ячейки друг от друга, наносится черный светопоглощающий материал, снижающий общую площадь отражающей поверхности панели.
Методы увеличения яркости и контраста изображения. Для увеличения яркости и контраста изображения фирмами-производителями разрабатываются и внедряются различные технологии.
Значительного увеличения динамического диапазона яркости свечения экрана удалось обиться компании Matsushita Electric Industrial, которая разработала метод обработки сигналов Plasma AI (Adaptable Brightness
Intensification System – адаптируемое повышение яркости). Суть метода состоит в следующем.
Специальный блок обработки, в зависимости от поступающего на его вход видеосигнала, рассчитывает необходимое количество субполей для достоверной передачи яркости картинки. Это позволяет избавиться от ненужных субполей, что увеличивает общее время отображения за ТВ-поле, так как вместе с субполями пропадают и интервалы адресации, в течение которых ячейки не светятся (рис.8.6). Другой разработкой компании
Matsushita Electric Industrial является система управления Inchreal Black Drive
System-Inch, позволяющая значительно сократить светоизлучение предварительного разряда.
Перечисленные выше нововведения позволили фирме добиться наиболее высокой среди панелей конкурирующих фирм-производителей

180 яркости (650 кд/м2) и контраста, который при отсутствии внешней засветки достигает значения 3000:1.
Еще один способ увеличения яркости белых участков изображения разработала фирма Fujitsu General. Метод управления APLC (Advanced Peak
Luminance Control – усовершенствованное управление яркостью белого), позволил повысить яркость отображения входного видеосигнала до 560
Кд/м2, а его контрастность – до 580:1.
Кардинального увеличения яркости изображения позволяет добиться так называемая технология двойного 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 – большая цена, вызванная необходимостью применения двойного набора управляющих схем.
Повышение четкости изображения. Для использования PDP в качестве телевизоров высокой четкости (HDTV, 1920х1080) и мониторов стандарта
SXGA (1280х1024) необходимо, чтобы они имели высокую разрешаюшую способность. Двукратного увеличения 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 PDP с поддержкой стандарта телевидения высокой четкости HDTV и яркостью свечения 500 кд/м2.
В обычных панелях разрядные электроды строк сгруппированы парами
– по два на одну строку. Для исключения влияния пар друг на друга, расстояние между парами выбирается большим, чем расстояние между электродами в паре.
Разряд возникает только между электродами одной пары, пространство между парами оказывается неосвещенным. В панелях, изготовленных по технологии ALIS, расстояние между всеми разрядными электродами

181 одинаково. 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, ...).
Анализ приведенной выше информации позволяет сделать следующие выводы. Благодаря идентичности строения ячеек R, G и B, модуляционные характеристики плазменной панели одинаковы, а значит, баланс белого выполняется при любом значении входного сигнала, что положительно влияет на качество цветопередачи. Формирование растра осуществляется таким образом, что частота мельканий ячеек панели значительно превышает частоту мельканий ячеек ЭЛТ, (самые яркие ячейки зажигаются 255 раз за 20 мс). Это значительно снижает утомляемость глаз. Панель имеет высокую яркость и контраст, большой угол обзора. Одним из важных достоинств является большой размер панели при малой глубине, благодаря чему панель можно вешать на стену. Все вышеперечисленные особенности делают плазменную панель незаменимым помощником при организации различных эстрадных шоу, проведении презентаций и демонстраций.

182 цветов: красный, зеленый или синий. Затем цветной свет проходит через стекло и попадает в глаз зрителя. Таким образом, в плазменной технологии пиксели работают, подобно люминесцентным трубкам, но создание панелей из них довольно проблематично. Первая трудность – размер пикселя.
Субпиксель плазменной панели имеет объем 200 мкм x 200 мкм x 100 мкм, а на панели нужно уложить несколько миллионов пикселей, один к одному.
Во-вторых, передний электрод должен быть максимально прозрачным. Для этой цели используется оксид индия и олова, поскольку он проводит ток и прозрачен. К сожалению, плазменные панели могут быть такими большими, а слой оксида настолько тонким, что при протекании больших токов на сопротивлении проводников будет падение напряжения, которое сильно уменьшит и исказит сигналы.
Поэтому приходится добавлять промежуточные соединительные проводники из хрома – он проводит ток намного лучше, но, к сожалению, непрозрачен.
Наконец, требуется подобрать правильные люминофоры. Они зависят от требуемого цвета:
* Зеленый: Zn2SiO4:Mn2+ / BaAl12O19:Mn2+
* Красный: Y2O3:Eu3+ / Y0,65Gd0,35BO3:Eu3
* Синий: BaMgAl10O17:Eu2+
Три этих люминофора дают свет с длиной волны между 510 и 525 нм для зеленого, 610 нм для красного и 450 нм для синего.
Рис. 8.7 Принцип формирования цвета в плазменных панелях

183
На иллюстрации цифрами 1 и 5 обозначены электроды, 2 и 6 – стеклянные пластины (передняя и задняя часть панели), зазор между ними составляет приблизительно 0,1 мм, 3 – область разряда, 4 – люминофор.
Практически каждый производитель добавляет в технологию что-то свое, пытаясь еще улучшить качество изображения. Например, компании
Philips, Sony и Sharp совместно предложили технологию PALC (Plasma
Addressed Liquid Crystal), призванную объединить в себе все лучшее от жидкокристаллических и плазменных экранов. Плазменная технология применяется здесь как регулятор яркости изображения, а для фильтрации цвета используется жидкокристаллическая матрица. Эта технология позволяет адресовать каждую точку изображения отдельно, обеспечивая хорошие возможности по управлению.
Последней проблемой остается адресация пикселей, поскольку, как мы уже видели, чтобы получить требуемый оттенок нужно менять интенсивность цвета независимо для каждого из трех суб-пикселей. На плазменной панели 1280x768 пикселей присутствует примерно три миллиона суб-пикселей, что дает шесть миллионов электродов. Как вы понимаете, проложить шесть миллионов дорожек для независимого управления суб- пикселями невозможно, поэтому дорожки необходимо мультиплексировать.
Передние дорожки обычно выстраивают в цельные строчки, а задние – в столбцы. Встроенная в плазменную панель электроника с помощью матрицы дорожек выбирает пиксель, который необходимо зажечь на панели.
Операция происходит очень быстро, поэтому пользователь ничего не замечает, – подобно сканированию лучом на ЭЛТ-мониторах.
Сравнение характеристик кинескопа и плазменной панели.
1. Размер экрана. Максимальный размер кинескопа 46 дюймов, PDP -
80 дюймов.
2. Четкость изображения. В кинескопе четкость зависит от точности фокусировки
ЭЛП
(время эксплуатации, качество радиодеталей.
Фокусировка не бывает равномерной по всему экрану (углы). У PDP четкость изображения постоянна и очень высока.