Эволюция телевизионных экранов

Михаил Пешехонов (Michael)

31.01.2013

Оглавление

1. Немного истории
2. Механический экран
3. Кинескопный экран
4. Жидкокристаллический экран
5. Плазменный дисплей
6. Лазерный дисплей
7. Дисплей с автоэлектронной эмиссией
8. В заключение
9. Глоссарий

Немного истории

Когда в 1907 году Максом Дикманном широкой публике был продемонстрирован телевизионный приемник, никто и представить себе не мог, что через 100 лет телевизор будет является необходимым устройством практически в каждой семье. Именно с помощью телевизора человек узнает самые свежие и необходимые новости. Тогда еще, более ста лет назад телевизионный приемник Дикманна имел смешной размер 3 на 3 сантиметра с частотой развертки кадров 10 кадров в секунду. В его основе для передачи изображения была использована трубка Брауна.

В дальнейшем, в процессе эволюции телевизионных технологий были использованы различные методы и изобретения с целью передачи изображений. Сейчас же, рынок телевизоров насыщен и способен удовлетворить любые желания потребителя. Не смотря на различие характеристик современных телевизоров (диагональ, яркость экрана, наличие определенных технологий, возможность использования в качестве монитора и т.д.) основным критерием выбора данного устройства покупателем служат тип и размер экрана. В современных телевизорах используются различные технологии, в которых простой потенциальный потребитель может легко запутаться, в следствие чего сделать неверный выбор.

Советская телеприставка «Б-2» с механической разверткой в экспозиции Музея нижегородской радиолаборатории

За все время развития телевизионных технологий были разработаны и введены в эксплуатацию следующие виды экранов телевизоров:

• Механический
• Кинескопный (с электронно-лучевыми трубками)
• Жидкокристаллический
• Плазменный
• Лазерный
• Дисплей с автоэлектронной эмиссией

Рассмотрим каждый из этих типов экранов по подробнее.

Механический экран

Механический экран — разновидность экрана, использующего для разложения изображения на элементы электромеханические устройства. Самые первые телевизионные системы были механическими и чаще всего не предусматривали звукового сопровождения. В отличие от современного, полностью электронного телевидения, механическое предполагает наличие в передающем и приемном устройствах специального механизма для сканирования изображения и его воспроизведения. Из-за небольшого количества передаваемых элементов изображения, механическое телевидение иногда называют малострочным.

Телевизор «17ТН-13», СССР, 1939 год

В основе механического экрана лежит диск Нипкова (см. глоссарий), который имеет расположенных по спирали ряд отверстий. В передающей камере сзади диска, расположенного в фокальной плоскости съёмочного объектива, установлен фотоэлемент для регистрации попадающего на него света. В приёмнике вместо фотоэлектрического элемента используется источник модулированного света, обычно неоновая лампа, обладающая малой инерционностью. Каждое отверстие в своём движении образует одну линию развёртки с переменной яркостью, соответствующей яркости передаваемых участков объекта съёмки. Для передачи сигнала яркости от камеры к приёмнику используется радио. Передающие камеры с диском обладали рядом существенных недостатков: в частности, они закреплялись неподвижно из-за риска нарушения развёртки при сотрясении.

Диск Нипкова

Некоторые ранние механические системы сканировали строки не по горизонтали, как это происходит сейчас, а по вертикали. В качестве примера можно привести британскую 30-строчную систему Бэрда (см. глоссарий). Эта система создавала вертикальное прямоугольное изображение (книжная ориентация), вместо горизонтального (альбомная ориентация), распространённого в наши дни. Направление линий зависит от расположения маски кадра относительно диска Нипкова: при расположении слева или справа линии развёртки вертикальные, сверху или снизу — горизонтальные. Из-за низкого разрешения изображений в системе Бэрда, достаточной только для более-менее чёткого изображения одного человека, вертикальная (портретная) ориентация становилась предпочтительней, нежели горизонтальная. Когда в изображении используется 60 или более линий, в кадре можно будет разместить несколько человек. Именно тогда маска была перенесена для создания горизонтального изображения, что и используется по сегодняшний день.

В определенное время технологии механического телевидения нашли применение в DLP-проекторах (см. глоссарий). В них используется матрица маленьких (16 квадратных миллиметров) электростатически заряженных зеркал, которые выборочно отражают свет для создания изображения. Многие дешёвые DLP-проекторы используют цветовое колесо для создания цветного изображения. Эта технология применялась также в электронном цветном телевидении до изобретения кинескопов с теневой маской.

Кинескопный экран

Кинескоп — электронно-лучевой прибор, преобразующий электрические сигналы в световые. Широко применяется в устройстве телевизоров, до 1990-х годов использовались телевизоры исключительно на основе кинескопа.

Кинескоп, в основе которого лежала электронная пушка, имел следующий принцип работы: в баллоне электронной пушки создан глубокий вакуум — сначала выкачивается воздух, затем все металлические детали кинескопа нагреваются индуктором для выделения поглощённых газов, для постепенного поглощения остатков воздуха используется геттер.

Схема электронной пушки

Для того, чтобы создать электронный луч, применяется устройство, именуемое электронной пушкой. Катод, нагреваемый нитью накала, испускает электроны. Чтобы увеличить испускание электронов, катод покрывают веществом, имеющим малую работу выхода (крупнейшие производители ЭЛТ (электронно-лучевая трубка, англ. cathode ray tube — CRT) для этого применяют собственные запатентованные технологии). Изменением напряжения на управляющем электроде можно изменять интенсивность электронного луча и, соответственно, яркость изображения (также существуют модели с управлением по катоду). Кроме управляющего электрода, пушка современных ЭЛТ содержит фокусирующий электрод (до 1961 года в отечественных кинескопах применялась электромагнитная фокусировка при помощи фокусирующей катушки с сердечником), предназначенный для фокусировки пятна на экране кинескопа в точку, ускоряющий электрод для дополнительного разгона электронов в пределах пушки и анод. Покинув пушку, электроны ускоряются анодом, представляющем собой металлизированное покрытие внутренней поверхности конуса кинескопа, соединённое с одноимённым электродом пушки. В цветных кинескопах со внутренним электростатическим экраном его соединяют с анодом. В ряде кинескопов ранних моделей, таких, как 43ЛК3Б, конус был выполнен из металла и представлял анод сам собой. Напряжение на аноде находится в пределах от 7 до 30 киловольт. В ряде малогабаритных осциллографических ЭЛТ анод представляет собой только один из электродов электронной пушки и питается напряжением до нескольких сот вольт. Далее луч проходит через отклоняющую систему, которая может менять направление луча (на рисунке показана магнитная отклоняющая система). В телевизионных ЭЛТ применяется магнитная отклоняющая система как обеспечивающая большие углы отклонения. В осциллографических ЭЛТ применяется электростатическая отклоняющая система как обеспечивающая большее быстродействие.

Электронный луч попадает в экран, покрытый люминофором. От бомбардировки электронами люминофор светится и быстро перемещающееся пятно переменной яркости создаёт на экране изображение.

В настоящий момент телевизоры и мониторы на основе кинескопа не производят ввиду технологического процесса и вреда для здоровья потребителя (ренгеновское излучение, излучение электромагнитного поля, вред зрению человека). На смену кинескопу пришли экраны на основе жидких кристаллов.

Жидкокристаллический экран

Конструктивно дисплей состоит из жидкокристаллической матрицы (ЖК-матрицы) (стеклянной пластины, между слоями которой и располагаются жидкие кристаллы), источников света для подсветки, контактного жгута и обрамления (корпуса), чаще пластикового, с металлической рамкой жёсткости.

ЖК-телевизор Samsung

Каждый пиксель ЖК-матрицы состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. Если бы жидких кристаллов не было, то свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокировался бы вторым фильтром.

Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице (см. глоссарий) эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света, ячейку можно считать прозрачной.

Если же к электродам приложено напряжение, то молекулы стремятся выстроиться в направлении электрического поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности.

Если постоянное напряжение приложено в течение долгого времени, жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (так как изменение прозрачности происходит при включении тока, вне зависимости от его полярности).

Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам.

Проходящий через ячейки свет может быть естественным — отражённым от подложки (в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света, кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения.

Таким образом, полноценный монитор с ЖК-дисплеем состоит из высокоточной электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса с элементами управления. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.

В настоящее время ЖК-мониторы являются основным, бурно развивающимся направлением в технологии мониторов. К их преимуществам можно отнести: малые размер и масса в сравнении с ЭЛТ. У ЖК-мониторов, в отличие от ЭЛТ, нет видимого мерцания, дефектов фокусировки лучей, помех от магнитных полей, проблем с геометрией изображения и четкостью. Энергопотребление ЖК-мониторов на 95 % определяется мощностью ламп подсветки или светодиодной матрицы подсветки ЖК-матрицы. Во многих мониторах 2007 года для настройки пользователем яркости свечения экрана используется широтно-импульсная модуляция ламп подсветки частотой от 150 до 400 и более герц.

С другой стороны, ЖК-мониторы имеют и некоторые недостатки, например:

• В отличие от дисплеев с электронно-лучевыми трубками, могут отображать чёткое изображение лишь в одном («штатном») разрешении. Остальные достигаются интерполяцией с потерей чёткости.
• Многие из ЖК-мониторов имеют сравнительно малый контраст и глубину чёрного цвета. Повышение фактического контраста часто связано с простым усилением яркости подсветки, вплоть до некомфортных значений. Широко применяемое глянцевое покрытие матрицы влияет лишь на субъективную контрастность в условиях внешнего освещения.
• Из-за жёстких требований к постоянной толщине матриц существует проблема неравномерности однородного цвета (неравномерность подсветки) — на некоторых мониторах есть неустранимая неравномерность передачи яркости (полосы в градиентах), связанная с использованием блоков линейных ртутных ламп.
• Фактическая скорость смены изображения также остаётся ниже, чем у ЭЛТ и плазменных дисплеев. Технология overdrive решает проблему скорости лишь частично.
• Зависимость контраста от угла обзора до сих пор остаётся существенным минусом технологии.
• Массово производимые ЖК-мониторы плохо защищены от повреждений. Особенно чувствительна матрица, не защищённая стеклом. При сильном нажатии возможна необратимая деградация.
• Существует проблема дефектных пикселей. Предельно допустимое количество дефектных пикселей, в зависимости от размеров экрана, определяется в международном стандарте ISO 13406-2 (в России — ГОСТ Р 52324-2005). Стандарт определяет 4 класса качества ЖК-мониторов. Самый высокий класс — 1, вообще не допускает наличия дефектных пикселей. Самый низкий — 4, допускает наличие до 262 дефектных пикселей на 1 миллион работающих.
• Пиксели ЖК-мониторов деградируют, хотя скорость деградации наименьшая из всех технологий отображения, за исключением лазерных дисплеев, вообще не подверженных ей.

LED-телевизор (LED TV, сокр. от Light Emitting Diode TeleVision) — это тот же самый ЖК-телевизор, подсветка экрана которого осуществляется светодиодной матрицей (LED).

Перспективной технологией, которая может заменить ЖК-мониторы, часто считают OLED-дисплеи (матрица с органическими светодиодами), однако она встретила сложности в массовом производстве, особенно для матриц с большой диагональю.

Органический светодиод (Organic Light-Emitting Diode, OLED) — органический светоизлучающий диод, полупроводниковый прибор, изготовленный из органических соединений, который эффективно излучает свет, если пропустить через него электрический ток.

OLED-телевизор

Основное применение технология OLED находит при создании устройств отображения информации (дисплеев). Предполагается, что производство таких дисплеев будет гораздо дешевле, нежели производство жидкокристаллических дисплеев.

Для создания органических светодиодов (OLED) используются тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких полимеров. При подаче на анод положительного относительно катода напряжения, поток электронов протекает через прибор от катода к аноду. Таким образом, катод отдает электроны в эмиссионный слой, а анод забирает электроны из проводящего слоя, или другими словами анод отдает дырки в проводящий слой. Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой — положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Это происходит ближе к эмиссионному слою, потому что в органических полупроводниках дырки обладают большей подвижностью, чем электроны. При рекомбинации происходит понижение энергии электрона, которое сопровождается испусканием (эмиссией) электромагнитного излучения в области видимого света. Поэтому слой и называется эмиссионным.

Прибор не работает при подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения. В этом случае дырки движутся к аноду, а электроны в противоположном направлении к катоду, и рекомбинации не происходит.

В качестве материала анода обычно используется оксид индия, легированный оловом. Он прозрачный для видимого света и имеет высокую работу выхода, которая способствует инжекции дырок в полимерный слой. Для изготовления катода часто используют алюминий, так как он обладает низкой работой выхода, способствующей инжекции электронов в полимерный слой.

Главная проблема OLED — время непрерывной работы должно быть более 15 тыс. часов. Одна проблема, которая в настоящее время препятствует широкому распространению этой технологии в мониторах и телевизорах, состоит в том, что «красный» OLED и «зелёный» OLED могут непрерывно работать на десятки тысяч часов дольше, чем «синий» OLED. Это визуально искажает изображение, причем время качественного показа неприемлемо для коммерчески жизнеспособного устройства.

Можно считать это временными трудностями становления новой технологии, поскольку разрабатываются новые долговечные люминофоры. Также растут мощности по производству матриц.

Потребность в преимуществах, демонстрируемых органическими дисплеями с каждым годом растёт. Этот факт позволяет заключить, что в скором времени дисплеи, произведённые по OLED технологиям, с высокой вероятностью станут доминантными на рынке электроники народного потребления.

Жидкокристаллические матрицы в зависомости от технологии изготовления подразденяються на:

1.  TM+film матрица (см. глоссарий). Матрица TN + film работает следующим образом: если к субпикселям не прилагается напряжение, жидкие кристаллы (и поляризованный свет, который они пропускают) поворачиваются друг относительно друга на 90° в горизонтальной плоскости в пространстве между двумя пластинами. И поскольку направление поляризации фильтра на второй пластине составляет как раз угол в 90° с направлением поляризации фильтра на первой пластине, свет проходит через него. Если красные, зеленые и синие субпиксели полностью освещены, на экране образуется белая точка.

К достоинствам технологии можно отнести самое маленькое время отклика среди современных матриц, а также невысокую себестоимость. Недостатки: худшая цветопередача, наименьшие углы обзора.

2.  IPS (SFT) матрица. Технология IPS (англ. In-Plane Switching), или SFT (Super Fine TFT), была разработана компаниями Hitachi и NEC. Эти компании пользуются этими двумя разными названиями одной технологии — NEC использует «SFT», а Hitachi — «IPS». Технология предназначалась для избавления от недостатков TN + film. Хотя с помощью IPS и удалось добиться увеличения угла обзора до 178°, а также высокой контрастности и цветопередачи, время отклика осталось на низком уровне.

По состоянию на 2008 год, матрицы, изготовленные по технологии IPS (SFT), — единственные из ЖК-мониторов, всегда передающие полную глубину цвета RGB — 24 бита, по 8 бит на канал. По состоянию на 2012 год выпущено уже много мониторов на IPS матрицах (e-IPS производства LG.Displays), имеющих 6 бит на канал. Старые TN-матрицы имеют 6-бит на канал, как и часть MVA.

Если к матрице IPS не приложено напряжение, молекулы жидких кристаллов не поворачиваются. Второй фильтр всегда повернут перпендикулярно первому, и свет через него не проходит. Поэтому отображение чёрного цвета близко к идеалу. При выходе из строя транзистора «битый» пиксель для панели IPS будет не белым, как для матрицы TN, а чёрным.

При приложении напряжения молекулы жидких кристаллов поворачиваются перпендикулярно своему начальному положению и пропускают свет.

3.  MVA/PVA матрицы. Матрицы MVA/PVA (VA — сокр. от vertical alignment — вертикальное выравнивание) считаются компромиссом между TN и IPS, как по стоимости, так и по потребительским свойствам.

Технология MVA (Multi-domain Vertical Alignment) разработана компанией Fujitsu как компромисс между TN и IPS технологиями. Горизонтальные и вертикальные углы обзора для матриц MVA составляют 160° (на современных моделях мониторов до 176—178°), при этом благодаря использованию технологий ускорения (RTC) эти матрицы не сильно отстают от TN+Film по времени отклика. Они значительно превышают характеристики последних по глубине цветов и точности их воспроизведения.

MVA стала наследницей технологии VA, представленной в 1996 году компанией Fujitsu. Жидкие кристаллы матрицы VA при выключенном напряжении выровнены перпендикулярно по отношению ко второму фильтру, то есть не пропускают свет. При приложении напряжения кристаллы поворачиваются на 90°, и на экране появляется светлая точка. Как и в IPS-матрицах, пиксели при отсутствии напряжения не пропускают свет, поэтому при выходе из строя видны как чёрные точки.

Достоинствами технологии MVA являются глубокий чёрный цвет (при перпендикулярном взгляде) и отсутствие как винтовой структуры кристаллов, так и двойного магнитного поля. Недостатки MVA в сравнении с S-IPS: пропадание деталей в тенях при перпендикулярном взгляде, зависимость цветового баланса изображения от угла зрения.

Аналогами MVA являются технологии:

• PVA (Patterned Vertical Alignment) от Samsung
• Super PVA от Sony-Samsung (S-LCD)
• Super MVA от CMO

4.  PLS матрицы. PLS-матрица (Plane-to-Line Switching) была разработана компанией Samsung как альтернатива IPS и впервые продемонстрирована в декабре 2010 года. Предполагается, что эта матрица будет на 15 % дешевле, чем IPS.

Достоинства:

• плотность пикселей выше по сравнению с IPS (и аналогична с *VA/TN);
• высокая яркость и хорошая цветопередача;
• большие углы обзора;
• полное покрытие диапазона sRGB;
• низкое энергопотребление, сравнимое с TN.

Недостатки:

• время отклика (5—10 мс) сравнимо с S-IPS, лучше чем у *VA, но хуже чем у TN;
• более низкая контрастность (600:1), чем у всех остальных типов матриц;
• неравномерная подсветка.

5.  AMOLED матрицы — (Active Matrix Organic Light-Emitting Diode, AMOLED) — технология создания дисплеев для мобильных устройств, компьютерных мониторов и телевизоров. Технология подразумевает использование органических светодиодов в качестве светоизлучающих элементов и активной матрицы из тонкоплёночных транзисторов (TFT) для управления светодиодами.

В настоящее время все больше распространяется улучшенная технология — Super AMOLED.

Наглядной сравнение Super AMOLED-матрицы с обычной ЖК-матрицей

Super Active Matrix Organic Light-Emitting Diode (Super AMOLED) — улучшенная технология создания тачскринов на основе AMOLED. В отличие от предшественников, сенсорный слой приклеен к самому экрану, что позволяет избавиться от прослойки воздуха в промежутке между ними. Это повышает четкость, читаемость на солнце, насыщенность цветов, позволяет получить меньшую толщину дисплея.

Преимущества Super AMOLED перед AMOLED:

• на 20% ярче предшественника;
• на 80% меньше отражает солнечный свет;
• на 20% снижено энергопотребление;
• в промежуток между экраном и тачскрином не может попасть пыль.

Плазменный дисплей

Газоразрядный экран (плазменная панель) — устройство отображения информации, монитор, основанный на явлении свечения люминофора под воздействием ультрафиолетовых лучей, возникающих при электрическом разряде в ионизированном газе, иначе говоря в плазме.

Плазменный телевизор Panasonic

Работа плазменной панели состоит из трех этапов:

• Инициализация, в ходе которой происходит упорядочивание положения зарядов среды и её подготовка к следующему этапу (адресации). При этом на электроде адресации напряжение отсутствует, а на электрод сканирования относительно электрода подсветки подается импульс инициализации, имеющий ступенчатый вид. На первой ступени этого импульса происходит упорядочивание расположения ионовой газовой среды, на второй ступени разряд в газе, а на третьей — завершение упорядочивания.
• Адресация, в ходе которой происходит подготовка пикселя к подсвечиванию. На шину адресации подается положительный импульс (+75 В), а на шину сканирования отрицательный (-75 В). На шине подсветки напряжение устанавливается равным +150 В.
• Подсветка, в ходе которой на шину сканирования подается положительный, а на шину подсветки отрицательный импульс, равный 190 В. Сумма потенциалов ионов на каждой шине и дополнительных импульсов приводит к превышению порогового потенциала и разряду в газовой среде. После разряда происходит повторное распределение ионов у шин сканирования и подсветки. Смена полярности импульсов приводит к повторному разряду в плазме. Таким образом, меняя полярность импульсов обеспечивается многократный разряд ячейки.

После разряда происходит повторное распределение ионов у шин сканирования и подсветки. Смена полярности импульсов приводит к повторному разряду в плазме. Таким образом, меняя полярность импульсов обеспечивается многократный разряд ячейки.

Один цикл «инициализация — адресация — подсветка» образует формирование одного подполя изображения. Складывая несколько полуполей можно обеспечивать изображение заданной яркости и контраста. В стандартном исполнении каждый кадр плазменной панели формируется сложением восьми полуполей.

Таким образом, при подведении к электродам высокочастотного напряжения происходит ионизация газа или образование плазмы. В плазме происходит емкостной высокочастотный разряд, что приводит к ультрафиолетовому излучению, которое вызывает свечение люминофора: красное, зелёное или синее. Это свечение проходя через переднюю стеклянную пластину попадает в глаз зрителя.

Плазменный экран имеет ряд преимуществ по сравнению со своим главным конкурентом – жидкокристаллическим дисплеем:

• более насыщенные цвета (в особенности черный цвет на плазменных панелях для человеческого зрения является действительно черным, в то время как на ЖК-дисплеях черный цвет представляется ненасыщенным, а является по сути темно-серым);
• меньшее энергопотребление;
• отсутствие «битых пикселей»;
• скорость обновления экрана.

Но, не смотря на ряд преимуществ, плазма имеет лишь один существенный недостаток – в случае отображения на экране статической картинки (логотип канала, рабочий стол и т.д.) на данном участке экрана происходит выгорание газа, что ведет к следующим последствиям: отображаемая статическая картинка в таком случае будет отображается на экране всю оставшуюся жизнь дисплея, не зависимо от того, какое изображение отображается на экране.

Лазерный дисплей

Лазерный телевизор — телевизор, созданный на основе технологии цветных лазеров.

проекции. Стандарт en:xvYCC (Extended Video YCC), предложенный в рамках технологии en:X.v.Colour компанией Sony, обеспечивает аналогичное (близкое к теоретическому пределу) расширение цветового охвата. Кроме того, преимущество лазерных телевизоров перед жидкокристаллическими заключается в том, что в последних возникают проблемы с передачей оттенков чёрного: при необходимости отображения черного цвета лазеры просто отключаются.

Лазерные телевизоры способны поддерживать высокую действительную частоту обновления изображения экрана — от 120 Гц, благодаря чему в комплекте с затворными стереоочками способны воспроизводить стереоизображение. Например, телевизоры Mitsubishi способны работать в качестве 3D-дисплея.

Срок службы лазеров практически неограничен, пиксели лазерных дисплеев не подвержены деградации или выгоранию.

Лазерный телевизор имеет толщину куда больше старых LCD (Liquid crystal display, рус. — жидкокристаллический дисплей) (38 см для 75" модели и 25 см для 65"), но имеет, примерно, в 4-5 раз меньшее энергопотребление в сравнении с LCD и плазменными телевизорами сопоставимых размеров экрана.

Телевизор с лазерным дисплеем компании Mitsubishi

Принцип технологии заключается в том, что лазерный RGB пучок, подаётся на специальную микросхему, которая отражает как зеркало в определённых участках только нужные цвета, в заданном разрешении. Этот пучок проходит через фильтр удвоения кадров и линзы для распределения пучка по проецируемой поверхности (экрану). Зритель видит обратную сторону проекции. То есть принцип заключается в знакомой всем проекции, только лазерным светом и с обратной стороны.

Принцип работы лезерного телевизора: источник-микросхема-удвоитель кадров-линза

Источник RGB-пучка

Технология впервые была представлена австралийской компанией Arasor на CES 2006, в виде прототипа. По договорённости с Mitsubishi Electric, в этом же году был выпущен ещё один прототип. Идею подхватили Seiko Epson, Samsung Electronics и Sony.

В настоящее время лазерная тезнология используется в DLP-проекторах.

Дисплей с автоэлектронной эмиссией

FED (англ. Field Emission Display, дисплей с автоэлектронной эмиссией) — одна из дисплейных технологий. Позволяет получать плоские экраны с большой диагональю. Название FED используется компаниями Sony и AU Optronics. Аналогичные дисплеи, создаемые компаниями Canon и Toshiba, носят название "SED-дисплей".

Особенностью тонких FED-экранов является низкое энергопотребление, широкий угол обзора и безынерционность. Как сообщается, FED-экраны могут обновлять «картинку» с частотой до 240 раз в секунду, что гораздо чаще, чем даже самые «продвинутые» жидкокристаллические экраны. Ещё одним достоинством FED-экранов является то, что даже при выходе из строя до 20 % излучателей электронов на дисплее не появятся «мёртвые» пиксели.

В 2008 году Sony продемонстрировала образец 19,2-дюймовой FED-панели, имеющую разрешение 1280x960 пикселей, яркость 400 кд/м?, уровень контрастности 20000:1 и частоту обновления 240 FPS. Картинка на экране такой панели формируется за счет электронных лучей, создаваемых в нанотрубках. Начало промышленного производства FED-телевизоров Sony было запланировано на 2009 год.

К концу 2009 года FED-дисплеи в продаже не появились. Японская компания FED, занимающаяся разработкой таких дисплеев, по некоторым данным закрылась. Таким образом, будущее дисплеев типа FED остается под вопросом. AU Optronics выкупила активы у Field Emission Technologies, соглашение распространяется на ряд патентов, ноу-хау, изобретения и оборудование, относящиихся к перспективной технологии плоcкопанельных дисплеев — Field Emission Display (FED).

Основой для FED послужил принцип работы обычного кинескопа. Электронно-лучевая пушка генерирует поток электронов, падающий на экран — покрытую люминофором поверхность. Под «электронной» бомбардировкой люминофор светится. Отклоняемый магнитными полями, поток электронов «обегает» (сканирует) построчно все точки экрана. Таким образом создается кадр. Это самое слабое место ЭЛТ-телевизора. Для эффективного управления потоком-лучом требуется значительное пространство, отчего кинескопы громоздки и тяжеловесны.

Технология FED лишена этого недостатка. Дисплей состоит из двух стеклянных панелей. От одного стекла до другого — считанные миллиметры.

На одной панели нанесены эмиттеры электронов — мини-аналоги электронно-лучевой пушки, на противоположной — люминофор, аналогичный используемому в обычных ЭЛТ. В отличие от обычного кинескопа каждому пикселю соответствует электронный эмиттер, отдельный для каждого из трех цветов — красного, зелёного, синего.

Сравнение CRT и FED (SED) дисплеев

Именно поэтому экран не нуждается в едином потоке электронов, «обегающем» экран, что позволяет существенно сэкономить длину (глубину) «кинескопа».

Технология позволяет создавать легкие и тонкие стеклянные панели с широкими, формата 16:9 экранами. Экономически целесообразная диагональ — от 50 до (в перспективе) 100 дюймов.

FED наделен всеми преимуществами настоящего ЭЛТ-дисплея — сочным, красочным изображением, отличным отображением чёрного (с чем частенько имеют проблемы LCD) и, по информации производителей, отличной контрастностью — до 100000:1. Например, для большинства LCD контрастность 1000:1.

Благодаря особенностям технологии, время отклика достигает 1 мс — это пока абсолютно недостижимая для LCD величина, в какой бы системе ни проводились измерения. Поэтому, изначально исключаются «шлейфы», размытость и пр. дефекты изображения при просмотре сцен с быстрым движением.

Ещё одна непревзойденная характеристика FED — угол обзора. Он достигает теоретического максимума в 180 градусов. Потому что, в отличие от телевизоров с внутренним освещением (LCD, проекционных), свет не проецируется сквозь экран, а экран сам служит источником света.

В заключение

В настоящее время на рынке телевизоров наибольшую долю занимают продукты с ЖК-дисплеями (TN/TFT, PVA/MVA, IPS). Плазменные телевизоры в виду их ощутимого недостатка не так сильно распространены и их доля на рынке падает. OLED и лазерные дисплеи преимущественно используются на мобильных телефонах и планшетных компьютерах, плотно заняв в данном секторе рынка свою нишу.

В заключении хочется сказать, что чувствуется, что через 100 лет другой автор, который запланирует писать по развитие телевизионных технологий, на современные OLED будет смотреть так же, как и мы сейчас на древние механические экраны. Эволюция не стоит на месте, она двигается и развивается, притом в геометрической прогрессии.

Глоссарий

Диск Нипкова — механическое устройство для сканирования изображений, изобретённое Паулем Нипковым в 1884 году. Этот диск являлся неотъемлемой частью многих систем механического телевидения вплоть до 1930-х годов.

Джон Лоуги Бэрд — шотландский инженер, получивший известность за создание первой механической телевизионной системы.

DLP (Digital Light Processing) — технология, используемая в проекторах. Её создал Лари Хорнбек из компании Texas Instruments в 1987 году. В DLP-проекторах изображение создаётся микроскопически маленькими зеркалами, которые расположены в виде матрицы на полупроводниковом чипе, называемом Digital Micromirror Device (DMD, цифровое микрозеркальное устройство). Каждое такое зеркало представляет собой один пиксель в проецируемом изображении.

TN + film (Twisted Nematic + film) — самая простая технология, используемая и ЖК-дисплеях. Слово film в названии технологии означает дополнительный слой, применяемый для увеличения угла обзора (ориентировочно — от 90 до 150°). В настоящее время приставку film часто опускают, называя такие матрицы просто TN. Способа улучшения контрастности и углов обзора для панелей TN пока не нашли, причём время отклика у данного типа матриц является на настоящий момент одним из лучших, а вот уровень контрастности — нет.

В статье использованы материалы сайта Википедия.

Наверх

Обсудить в конференции