Введение
Развитие персональных компьютеров стимулировало не только существенное улучшение параметров устройств отображения информации на базе электронно-лучевых трубок, но и дало новый импульс развития другим дисплейным технологиям, до той поры имевшим узкоспециальные применения. Этот импульс оказался настолько мощным, что дисплеи, выполненные по альтернативным технологиям, под общим названием плоскопанельные дисплеи (далее FPD - Flat Panel Displays) не только стали успешно конкурировать с электронно-лучевыми трубками в области компьютерных дисплеев, но и начали теснить их в традиционной телевизионной области.
Если среди плоскопанельных компьютерных дисплеев сегодня превалируют жидкокристаллические дисплеи, то новый перспективный рынок настенных телевизионных дисплеев (диагональ экрана более 1 м, толщина менее 10 см) наиболее успешно осваивается производителями плазменных дисплеев.
Плоскопанельные дисплеи по своей структуре относятся к классу матричных индикаторов, в которых светоизлучающие, светоотражающие или светопропускающие ячейки образуют прямоугольную матрицу. Управление ячейками производится с помощью системы перпендикулярно расположенных электродов. В простейшем случае (для двухэлектродных систем) для обслуживания матрицы из MxN ячеек требуется М+N управляющих входов. Для получения цветного изображения три или четыре ячейки группируются в элемент изображения - пиксель (pixel - picture element).
Перед тем как перейти к плазменным дисплеям, необходимо кратко рассмотреть их место среди других типов дисплеев (как плоскопанельных, так и на базе электронно-лучевых трубок). Далее будут рассматриваться дисплеи для компьютерных и телевизионных применений, с информационной емкостью от десятков тысяч до нескольких миллионов пикселей.
Обычно области существования дисплеев различных типов рассматриваются в координатах "размер по диагонали D - информационная емкость I". Наглядно оценить эти области позволяет рис. 1. На рисунке в районе 50 дюймов проведена вертикальная граница, достаточно условно разделяющая дисплеи индивидуального и коллективного (в англоязычной литературе large area displays) пользования. Верхняя граница каждой области существования определяет максимальную информационную емкость (ограниченную технологическим размером пикселя или максимальной информационной емкостью источника изображения), правая граница - максимальный размер по диагонали (ограниченный технологически допустимым размером дисплея). Области существования дисплеев коллективного пользования также имеют правую границу, но она лежит в пределах нескольких тысяч дюймов и ограничена только (по крайней мере, для модульных экранов) экономической целесообразностью.
Следует отметить чрезвычайно тесную конкуренцию дисплеев различных типов в области диагонали 15-25 дюймов и информационной емкости от 200 до 600 килопикселей (VGA, SVGA, NTSC, PAL). Единственным сдерживающим фактором для широкого выхода в эту область FPD является ценовой фактор. Также примечателен тот факт, что область для диапазона диагоналей 40-60 дюймов и диапазона информационной емкости 1-2 мегапикселя занята практически только PDP. А именно эта область пригодна для настенных телевизоров.
В рамках данной статьи будут рассмотрены основные характеристики и тенденции развития PDP, как наиболее динамично развивающихся в последние годы, особенно на новом рынке настенных телевизоров.
Прогноз развития и параметры, определяющие эффективность PDP
Важнейшей характеристикой PDP является эффективность, которая характеризует степень преобразования электрической энергии в световую. Теоретическая (100%-ная) эффективность составляет 683 лм/Вт. В лучших образцах газоразрядных ламп эффективность достигает 100 лм/Вт. Современные PDP находятся лишь на уровне 0,5 - 1,0 лм/Вт, поэтому достижение эффективности PDP даже 5 лм/Вт уже является очень серьезной задачей. Распределение мощности в 42-дюймовой PDP в наглядной форме показано на рис. 2.
На эффективность PDP влияет множество факторов, улучшение каждого из которых представляет собой предмет исследований. Вот следующие важнейшие факторы:
- Разряд в газе: эмиссия электронов из катода, ионизация газов, структура разряда, генерация вакуумного ультрафиолета, интенсивность вакуумного ультрафиолета.
- Люминофоры: квантовая эффективность, энергетическая эффективность, насыщенность эмиссии света, цветовая чистота, цветовой баланс по белому цвету, область нанесения люминофоров.
- Поглощение света: электроды, люминофоры, стекло, барьеры, антибликовое покрытие.
- Управляющая электроника: высоковольтные драйверы, источники литания, резистивные энергетические потери, емкостные энергетические потери.
В рамках одной статьи невозможно подробно рассмотреть все параметры, влияющие на эффективность. Поэтому далее внимание будет уделено только той части из них, которая связана собственно с PDP. До начала рассмотрения необходимо очень коротко остановиться на физическом описании разряда в газе.
Структура классического газового разряда
При приложении к электродам напряжения в области катодного слоя образуется значительный объемный разряд, приводящий к существенному перераспределению потенциала вдоль разряда. В поле этого заряда ускоряются электроны, которые ионизируют газ. Потеряв энергию, эти, а также вторичные электроны дрейфуют к аноду. В пределах фарадеева темного пространства они вновь набирают энергию, достаточную для ионизации атомов, вследствие чего образуется положительный столб. На рис. 3 условно показан внешний вид и распределение параметров вдоль разряда.
В большинстве плазменных дисплеев используется ультрафиолетовое (УФ) излучение, исходящее из области отрицательного свечения. Это излучение возбуждает фотолюминофорное покрытие, генерирующее видимый свет. Известны исследования, в которых предлагается использовать излучение положительного столба с более высокой эффективностью преобразования электрической мощности в УФ излучение.
Структура PDP
PDP, так же как и все остальные FPD, относятся к классу матричных индикаторов, в которых управление ячейками производится в простейшем случае с помощью двух перпендикулярных систем электродов. При приложении к вертикальному и горизонтальному электродам напряжений, в сумме превышающих напряжение зажигания, в ячейке возникает газовый разряд, ограниченный барьерами. УФ излучение газового разряда возбуждает фотолюминофор, излучающий свет красного, зеленого или синего цвета. Люминофор обычно наносится на дно и боковые стенки ячейки, а иногда - тонким полупрозрачным слоем и на потолок ячейки. Верхняя система электродов делается прозрачной или достаточно узкой для того, чтобы не препятствовать выходу света. Три или четыре ячейки с разными цветами свечения образуют квадратный пиксель, как это показано на рис. 4.
На рис. 5 показано схематическое изображение простейшей ячейки PDP постоянного тока.
В PDP переменного тока используется более сложная ячейка, в которой электроды отделены от газового пространства диэлектрическими слоями. При наличии дополнительных электродов зажигание разряда в ячейке производится с помощью электродов 1 и 3, а поддержка горения так называемого планарного разряда - между электродами 1 и 2, как это показано на рис. 6.
Одним из основополагающих факторов повышения эффективности является увеличение объема генерации УФ излучения. Во всех серийно выпускаемых PDP используется отрицательное свечение разряда. В первом приближении объем свечения определяется площадью катода и толщиной слоя отрицательного свечения и обычно не превышает 10% от объема ячейки. Отсюда виден потенциальный ресурс увеличения эффективности PDP за счет использования более эффективных механизмов разряда.
Газовый состав
Как следует из названия, рабочей средой плазменных дисплеев являются инертные газы. Для снижения потенциала зажигания используются так называемые пеннинговские смеси, с добавкой к основному газу примесей другого газа, потенциал ионизации которого ниже энергии возбуждения метастабильного уровня основного газа. Наиболее распространенным газовым наполнением плазменных дисплеев является смесь инертных газов на основе гелия или неона с добавлением ксенона (от 0,5 до 30%).
Реакции в объеме плазмы включают ионизацию и возбуждение атомов, а также упругие столкновения. Наиболее важной объемной реакцией является ионизация, которая обусловливает генерацию электронов. Электронная лавина зарождается отдельным электроном вблизи поверхности катода, и затем, по мере увеличения числа электронов, происходит образование ионизованного газа. Ионы, которые возникают в газе при воздействии электронов на атомы, возвращаются обратно на катод и вызывают эмиссию вторичных электронов. Эти вторичные электроны могут инициировать новые лавины, что приводит к возникновению эффекта положительной обратной связи.
Потенциал зажигания газового разряда зависит от общего числа атомов газа в промежутке между электродами, т.е. от произведения pd, где р - давление газа, d - расстояние между электродами (закон Пашена). Характерные значения давления газов для PDP лежат в диапазоне 10-300 мм рт. ст., а межэлектродные расстояния - в диапазоне 0,1-0,5 мм.
При дезактивации (переходе в нейтральное состояние) возбужденные атомы ксенона излучают УФ с длиной волны 147 нм (или, при достаточно высоком давлении газов, непрерывный спектр УФ излучения в диапазоне 150-180 нм), который возбуждает фотолюминофор, расположенный в ячейке.
Катодные материалы
Эмиссию электронов могут вызвать три типа поверхностных катодных реакций: бомбардировка ионами, воздействие атомов в метастабильном состоянии, воздействие ультрафиолетового излучения. Основную долю эмиссии электронов вызывает бомбардировка поверхности катода ионами, ускоренными в области катодного слоя.
В качестве катодов могут использоваться материалы, отвечающие требованиям высокой эмиссионной способности и устойчивые к распылению. В PDP постоянного тока в качестве катодов используют, например, железоникелевые сплавы с падением напряжения в зоне катода в пределах 200 - 250 В, а в PDP переменного тока обычно MgO с катодным падением около 130 - 170 В.
Эффективность газового разряда повышается со снижением катодного падения. Так, например, эффективность PDP на основе положительного столба пропорциональна отношению падения напряжения на участке положительного столба разряда (например, 20 В) к полному падению напряжения в разряде (катодное падение плюс напряжение на столбе). Для Al-MgO катода это отношение составит 20/(20+40), тогда как для известных катодов амплитудный фактор может составлять лишь 20/(20+200).
Другим способом повышения эффективности разряда является работа в режиме нестационарного (неразвитого или коротко-импульсного) разряда, наиболее обстоятельно исследованного для PDP переменного тока. Дело в том, что газовый разряд характеризуется определенной инерционностью и в процессе своего становления (пока не сформировался катодный слой) имеет повышенную эффективность. Таким образом, прекращая разряд сразу после его формирования (т.е. отсекая стационарную часть газового разряда), можно добиться повышения эффективности работы PDP в 3-5 раз. Этот эффект используется практически во всех PDP. Но если в PDP переменного тока он реализуется параметрически, то в PDP постоянного тока такой режим приходится реализовывать схемотехническим путем.
Люминофоры
В современных цветных PDP для получения цвета используются фотолюминофоры, преобразующие УФ излучение газового разряда в видимое излучение красного, зеленого и синего цветов.
Квантовая эффективность фотолюминофора определяется тем, сколько фотонов видимого света возбуждает один фотон УФ спектра. Для обычных фотолюминофоров квантовый выход близок к единице, т.е. один фотон УФ спектра вызывает излучение одного фотона видимого света. Известны разработки фотолюминофоров с квантовым выходом больше единицы.
Спектральная эффективность люминофора определяется соотношением длин волн возбуждения и излучения. Например, для зеленого люминофора при возбуждении 147 нм и излучении 570 нм эффективность составит 0,258.
Энергетическая эффективность излучения люминофором видимого света характеризует потери в люминофорном слое. Типичные значения энергетической эффективности составляют от 0,1 до 0,3.
Путями повышения эффективности являются как физические (более точное совмещение спектра возбуждения люминофора со спектром УФ излучения, использование фотолюминофоров с квантовым выходом больше единицы), так и технологические новации (повышение чистоты люминофора, оптимизация размера гранул люминофора и структуры люминофорного слоя, использование отражающих покрытий под люминофорным слоем).
Засветка люминофора УФ излучением зависит от структуры газового разряда и от области нанесения люминофоров. Для повышения светового потока необходимо увеличивать объем плазмы, генерирующей УФ, увеличивать суммарную площадь люминофора в ячейке и приближать источник УФ излучения к поверхности люминофора.
Цветовая (спектральная) чистота люминофора определяется шириной спектра излучения. Типовое значение ширины спектра для синего фотолюминофора составляет 100 нм, для зеленого - 150 нм и для красного - 200 нм.
Дополнительной задачей, связанной со спектрами излучения, является расширение цветового треугольника. Теоретически вершины этого треугольника описываются следующими длинами волн: R=700 нм, G=546,1 нм, B=435,8 нм. Используемые в современных PDP фотолюминофоры генерируют видимый свет со следующими длинами волн: R=680 нм (YGdBO3:Eu), G=570 нм (Zn2Si04:Mn), B=460 нм (BaMg Al14O23:Eu).
Цветовой баланс по белому цвету для интенсивностей основных (R, G, B) цветов определяется следующим цветовым уравнением:
W = 0,3R +0.59G +0.11В (1)
Обычно относительная интенсивность люминофоров не совпадает с коэффициентами данного уравнения. Поэтому для балансировки по белому приходится либо снижать концентрацию люминофоров в пастах, либо корректировать яркость по цветам при помощи управляющих воздействий. Оба способа производят балансировку по белому цвету путем снижения яркости.
Более перспективным способом является перераспределение площади RGB ячеек PDP. За счет такого перераспределения можно повысить световой поток на 20-30%. Но изменение площади ячейки ведет к изменению ее электрических характеристик, что может потребовать достаточно сложных схемотехнических коррекций. Еще одним перспективным вариантом является использование четвертого цвета, что, по различным оценкам, позволит повысить световой поток на 30-50%.
Дополнительными задачами в области разработки фотолюминофоров для PDP являются повышение срока службы люминофоров в условиях интенсивной электронной и ионной бомбардировки и поиск защитных покрытий, предохраняющих люминофоры и одновременно сохраняющих их излучательную способность.
Внутренняя память и ионизация ячеек PDP
В существующих PDP используется три типа внутренней памяти: емкостная (для панелей переменного тока), резисторная и динамическая (для панелей постоянного тока).
Принцип использования внутренней памяти ячеек базируется на следующих факторах:
- В PDP существует одновременный доступ ко всем ячейкам одной строки. Но попытка одновременного зажигания двух ячеек, объединенных по анодам, приведет к тому, что вследствие неизбежного разброса параметров ячейка, которая загорится первой, воспрепятствует зажиганию второй. Наличие памяти делает электрические характеристики ячеек независимыми, что позволяет одновременно зажигать несколько ячеек по одному аноду.
- Для того чтобы в столбцах панели зажигались не все, а только нужные ячейки, в PDP с внутренней памятью к операциям поджига (записи) и гашения добавляется операция поддержки. Если к ячейкам PDP приложить напряжение поддержки, которое выше напряжения горения, но ниже обычного напряжения зажигания, то вновь зажгутся только те ячейки, которые "помнят" о том, что они были активизированы при записи.
- Механизм внутренней памяти ячеек тесно связан с механизмами ионизации. Напряжение зажигания ячейки помимо множества других факторов связано с остаточной ионизацией ячейки.
Существует собственная ионизация ячейки, определяемая плотностью остаточных зарядов к моменту следующего возбуждения ячейки, и внешняя ионизация, определяемая числом мигрировавших в объем ячейки зарядов. Для надежной поддержки ячеек необходимо иметь как можно меньшее напряжение зажигания, в пределе близкое к напряжению горения. Следовательно, необходимо иметь как можно большее число зарядов в ячейке на момент ее зажигания.
Собственная ионизация ячейки связана как с топологией ячейки и используемыми светотехническими материалами, так и со временем, прошедшим с момента окончания горения. Внешняя ионизация основных ячеек реализуется с помощью вспомогательных ячеек или каналов, которые являются поставщиками зарядов в основные ячейки через специально предусматриваемые для этого зазоры.
Вспомогательные ячейки/каналы являются эффективным способом ионизации и используются практически во всех типах производимых PDP. Однако они занимают часть полезной площади PDP (до 25%), что снижает яркость PDP. Поэтому разработчиками предпринимаются попытки как уменьшения площади вспомогательных ячеек/каналов, так и их перемещения под основные ячейки.
Яркость и контраст PDP
Несомненно, что яркость является самым важным потребительским параметром PDP. Чем выше яркость дисплея, тем шире спектр его применения. Для современных PDP характерные значения яркости составляют от 100 до 300 кд/м2. Следует отметить, что многие производители указывают локальную яркость, которая примерно в три раза превышает интегральную яркость на всем поле панели. Желательные значения яркости лежат в пределах от 600 до 900 кд/м2.
Так как КПД PDP как источника света составляет десятые доли процента, то практически вся подводимая к панели мощность преобразуется в тепло. Повышение рабочей температуры PDP приводит к резкому снижению срока службы. Поэтому повышение яркости должно производиться за счет повышения не мощности, а эффективности PDP.
В отличие от CRT, где используется поэлементная развертка, в FPD применяют построчную развертку, т.е. одновременное отображение всех элементов одной строки. В простейшем случае средняя яркость обратно пропорциональна числу строк PDP. Поэтому требование повышения яркости противоречит требованию увеличения информационной емкости PDP. Экстенсивное повышение яркости за счет увеличения рабочих токов приводит к катастрофическому падению срока службы панели из-за затемнения внутренней поверхности верхнего стекла продуктами распыления катодов. Например, в PDP 640х480 для получения яркости 100 кд/м потребовалось бы иметь мгновенную яркость 100х480 = 48000 кд/м2.
Поэтому, в современных PDP используется эффект внутренней памяти ячеек. В результате появляется возможность одновременной инициализации более чем одной строки панели (в пределе всех строк), что приводит к многократному снижению мгновенной яркости. Использование внутренней памяти ячеек позволяет осуществить "мягкое" повышение яркости не за счет повышения мгновенной яркости, а за счет увеличения суммарного времени горения ячейки в кадре. Тогда для той же панели 640х480 каждую ячейку можно будет зажигать не один раз за кадр с яркостью 48000 кд/м2 а, например, 240 раз с мгновенной яркостью 200 кд/м2.
Контраст, так же как и яркость, относится к важным потребительским параметрам PDP. Имеются два источника засветки панели, которые снижают контраст. Первый источник - это свет, испускаемый панелью, который не связан с изображением, например, паразитная подсветка PDP светом из вспомогательных ячеек. При яркости этой засветки Bmin и максимальной яркости PDP Bmax собственный контраст Cown (контраст для темного помещения) определится как:
Cown =Bmax/Bmin (2)
Второй источник засветки - отраженный люминофорами и другими структурами панели свет. В этом случае контраст измеряется для некоторого значения внешней освещенности Bext, например, 200 или 500 лк. Внешний контраст (контраст при дневном свете) определяется выражением:
Cext =(Bmax + Bext)/(Bmin + Bext) (3)
Для повышения собственного контраста PDP, кроме увеличения максимальной яркости, существует только один путь - совершенствование конструкции PDP, направленное на снижение паразитной засветки. Для повышения внешнего контраста существуют следующие пути:
- Увеличение максимальной яркости панели. Этот путь требует больших усилий, так как повышение яркости возможно только за счет повышения эффективности.
- Уменьшение коэффициентов отражения внешнего света люминофорами и другими внутренними структурами панели. Этот способ достаточно прост, но, к сожалению, такое уменьшение приводит к потерям светового потока, генерируемого в ячейке. Другим вариантом является пигментация люминофоров, т.е. добавление в люминофорные пасты неорганических красителей, поглощающих все части видимого спектра, кроме той части, которая генерируется данным люминофором.
- Использование нейтральных светофильтров, основанное на том факте, что при коэффициенте пропускания такого фильтра К, свет, излучаемый панелью, будет ослаблен в К раз, а внешний свет, пройдя через светофильтр туда и обратно, -в К^2 раз. Примерно такой же эффект дает создание на лицевой поверхности панели микрорельефа, рассеивающего внешний свет.
- Использование спектральных светофильтров - перспективный путь повышения внешнего контраста. Повышение контраста основано на том, что для каждой ячейки PDP используется светофильтр с полосой пропускания, соответствующей цвету, излучаемому данной ячейкой. Кроме повышения контраста, использование спектральных светофильтров повышает чистоту цветов PDP.
Управление яркостью PDP
Для получения полутоновых изображений необходимо управлять яркостью отдельных ячеек PDP. Управление яркостью характеризуется числом градаций яркости (полутонов) на каждый из цветов. Для современных дисплеев стандартом de facto стало 28 = 256 градаций на цвет, что соответствует 224 = 16.777.216 цветовых оттенков.
Из нескольких возможных путей управления яркостью (по току, длительности, числу импульсов) в PDP получило распространение управление яркостью по числу импульсов. В простейшем случае такого управления кадр изображения с периодом Tk разбивается на N субкадров одинаковой длительности, число которых определяется выражением:
N = Tk/nTс (4)
где n - число строк в панели, Tc - длительность строки.
Для характерных значений Tk = 16 мс, n = 480, Tc = 3 мкс, получим N = 11. Так как этого количества явно недостаточно для получения качественного изображения, то во всех современных PDP для управления яркостью используется эффект памяти. В этом случае кадр изображения разбивается на 8 субкадров с различной длительностью поддержки, соответствующим 8 битовым плоскостям, как это показано на рис. 7.
Длительность периода записи равна 0,003х480 = 1,44 мс, а длительность поддержки меняется от 0,016 до 2,048 мс. Суммарная длительность кадра составляет около 16 мс.
Размер пикселя
Уменьшение размера пикселя является объективной тенденцией развития PDP. Сегодня характерный размер пикселя для (17-19)-дюймовых CRT дисплеев составляет 0,25 мм. Такой же размер желателен и для PDP дисплеев.
Телевизионная PDP размером 900х500 мм (диагональ 40 дюймов) для показа телевизионного изображения высокой четкости (HDTV) должна иметь информационную емкость 1920х1080 пикселей, что соответствует размеру пикселя 0,47 мм.
Возможности уменьшения размера пикселя ограничены следующими факторами:
- снижением полезной площади PDP;
- увеличением потерь в газовом разряде;
- повышением требований к памяти ячеек.
Очевидно, что с уменьшением размеров пикселя необходимо уменьшать и толщину барьеров. Например, двукратное (от 1,0 до 0,5 мм) уменьшение линейного размера пикселя при толщине барьера 0,1 мм приводит практически к такому же уменьшению полезной площади PDP. Уменьшение же толщины барьера в два раза (от 0,1 до 0,05 мм) фактически восстанавливает исходную полезную площадь.
Технологически достижимыми в настоящее время являются барьеры с толщиной 0,1 мм для толстопленочной печати и 0,05 мм для пескоструйной обработки.
Существенным резервом для восстановления светового потока, потерянного на барьерах, является нанесение люминофоров на боковые стенки ячеек. В этом случае суммарную площадь люминофорного покрытия можно существенно повысить. Так, при размере пикселя 0,5х0,5 мм, высоте 0,15 мм и толщине барьеров 0,1 мм за счет использования боковых стенок полезная площадь люминофора в PDP возрастает с 32% до 178%.
К сожалению, световой поток PDP не возрастает так же существенно, так как излучение стеночного люминофора направлено практически перпендикулярно оси зрения. Однако, при достаточно хорошей отражающей способности люминофора, за счет многократных переотражений, выходной световой поток может возрасти до двух раз.
На пути увеличения высоты барьеров существует ряд ограничений: технологических, связанных со сложностью формирования барьеров с большим коэффициентом формы (отношением высоты барьера к его ширине); оптических, связанных с уменьшением прироста светового потока по мере увеличения высоты барьеров; физических, связанных с изменением электрических параметров ячеек PDP.
Размер панели
Для всех типов FPD, в отличие от CRT, размер панели однозначно связан с ее информационной емкостью через размер пикселя. Размер диагонали FPD группируется в трех областях: 10 - 14 дюймов - для переносных компьютеров, 17 - 22 дюйма - для настольных компьютеров и 40 - 60 дюймов - для настенных телевизоров.
Если для двух первых областей более значимой является проблема уменьшения размера пикселя, то в третьей области на первый план выходит проблема размеров самой панели. При увеличении размера панелей возникает целый ряд сложностей, к наиболее существенным из которых относятся следующие:
- На всей площади панели (около 0,5 м2) необходимо обеспечивать точность не менее 0,03-0,05 мм. Это серьезная технологическая задача. Разброс размеров и взаимного расположения элементов ячеек, особенно межэлектродных расстояний (а для панелей переменного тока и толщины диэлектрических слоев), приводит к разбросу электрических (напряжений зажигания, горения и поддержки) параметров ячейки. Это, в свою очередь, приводит к появлению в панели дефектных ячеек, которые или не зажигаются, или горят постоянно, или горят значительно ярче/тусклее остальных. Такие дефекты существенно снижают качество изображения. Особенно чувствительны к точности изготовления панели, в которых электродная система расположена как на нижнем, так и на верхнем стеклах, так как наиболее сложно обеспечить постоянство расстояния между стеклами. Менее чувствительны к точности панели с планарным расположением электродов.
- На всей площади панели (около 0,5 м2) необходимо обеспечивать точность не менее 0,03-0,05 мм. Это серьезная технологическая задача. Разброс размеров и взаимного расположения элементов ячеек, особенно межэлектродных расстояний (а для панелей переменного тока и толщины диэлектрических слоев), приводит к разбросу электрических (напряжений зажигания, горения и поддержки) параметров ячейки. Это, в свою очередь, приводит к появлению в панели дефектных ячеек, которые или не зажигаются, или горят постоянно, или горят значительно ярче/тусклее остальных. Такие дефекты существенно снижают качество изображения. Особенно чувствительны к точности изготовления панели, в которых электродная система расположена как на нижнем, так и на верхнем стеклах, так как наиболее сложно обеспечить постоянство расстояния между стеклами. Менее чувствительны к точности панели с планарным расположением электродов.
- Снижение механической жесткости панелей (конструктивно панель - это стеклопакет толщиной 4-8 мм). Механическая деформация панели может привести к ее разгерметизации, изменению межэлектродных расстояний, разрыву электродов и т.д., вплоть до полного ее разрушения. Для повышения механической прочности приходится либо увеличивать толщину стекол, что увеличивает вес и стоимость панели, либо использовать дополнительные механические конструкции, обеспечивающие панели необходимую жесткость.
- Снижение выхода годных изделий за счет дефектов герметизации. Увеличение размера панели существенно увеличивает вероятность таких дефектов. Правда, эти дефекты относятся к категории возвратного брака и в большей части могут быть устранены, но стоимость панелей при этом повышается.
- Повышение числа дефектов при изготовлении электродной системы. Суммарная длина электродов в 42-дюймовой панели достигает 1,5 км при толщине около 0,1 мм. Бездефектная печать такой электродной системы является серьезной технологической задачей. Кроме того, увеличение размера панели требует увеличения рабочих токов через электроды и, соответственно, их ширины и/или толщины, что вступает в противоречие с тенденцией уменьшения размера пикселей.
Необходимо отметить и положительные стороны увеличения размеров панели. Во-первых, стоимость одной 42-дюймовой панели превышает стоимость 21-дюймовой панели не в четыре, а только в полтора-два раза. Во-вторых, существенно снижается суммарная стоимость управляющих драйверов. Например, для 42-дюймовой панели необходимо 852 + 480 = 1332 управляющих выхода, а для четырех 21-дюймовых панелей с тем же размером пикселя потребовалось бы 4 х (426 + 240) = 2664 управляющих выходов.
Но все же в ближайшее время не следует ожидать появления панелей с диагональю более 60 дюймов. Дело в том, что каждый следующий дюйм диагонали резко увеличивает затраты на разработку технологического оборудования и процессов и снижает выход годных. Кроме того, неизбежное дальнейшее увеличение веса и габаритов крупноформатных панелей сделают их непригодными для целого ряда пользователей. Поэтому для создания экранов с диагональю более 60 дюймов необходимо использовать модульный принцип построения.
Модульные экраны
Подобно тому, как из отдельных плиток кафеля набирается стена, модульные экраны набираются из отдельных панелей, стыкуемых друг с другом для создания единого поля экрана. Еще одно название модульных экранов - наборные экраны (tiled screens).
Как уже говорилось, к модульным экранам, по своей сути, относятся и светодиодные экраны. Сюда же следует отнести широко распространенные видеостены на базе видеокубов с использованием проекционных CRT или LCD. На протяжении 20 лет хорошо зарекомендовали себя модульные PDP. Необходимо отметить, что такие экраны впервые появились в России. В них используются PDP постоянного тока, разработанные в НИИ газоразрядных приборов (г. Рязань).
Для того чтобы изображение на модульном экране смотрелось слитно, панели для модульных экранов должны обеспечивать стыковку друг с другом с минимальной потерей шага пикселей. Как показали эксперименты с различными конструкциями панелей, проведенные в фирме Инфор, 10 - 15% нарушение шага пикселей уже практически незаметно. На рис. 8 показан стык двух таких панелей, в которых использованы объемные проволочные электроды.
Двойной размер шва DS складывается из следующих компонентов: толщина барьера, толщина двух швов герметизации, технологический зазор между панелями. Сегодня размер DS составляет около 3 мм. В перспективе двойной размер шва может быть уменьшен до 1-1,5 мм.
Используя оптическую маскировку швов, можно достичь практически их полного визуального исчезновения. Но все же наличие швов. проявляющихся на изображении в виде регулярной сетки, ограничивает минимальный размер пикселя на уровне 3-4 мм.
При 3-миллиметровом пикселе VGA экран (640х480 пикселей) будет иметь 95-дюймовую диагональ, a HDTV экран (1920х1080) с 12-миллиметровым пикселем - диагональ 1044 дюйма. На рис. 9 показана фотография плазменного модульного экрана фирмы Инфор с 6-мм пикселем.
