Жидкокристаллические и плазменные экраны

С момента появления электронного телеви­дения основным элементом, осуществляющим развертку, был элек­тронный луч, а само изображение воспроизводилось на экране кине­скопа. Максимально угол отклонения электронного луча в кинескопе 110°, в связи с чем увеличение размеров изображения приводило к значительному увеличению габаритов воспроизводящего устройства — телевизора или монитора. Поэтому в течение многих лет и в на­стоящее время идут упорные поиски идей и конструкций, позволя­ющих наблюдать изображение на плоском экране воспроизводяще­го устройства, что. позволяло найти практическую реализацию вос­производящим

устройствам на жидких кристаллах и плоским плаз­менным экранам.

Жидкокристаллические воспроизводящие устройства. Жидкокристаллические экраны относятся к разряду так называе­мых светоклапанных устройств, в которых функции излучения и мо­дуляции светового потока разделены. В этих устройствах ТВ сиг­нал воздействует на пространственный модулятор света (ПМС), мо­дулирующий световой поток от внешнего источника одновременно по поверхности всего ТВ изображения. В ПМС под действием мо­дулирующего ТВ сигнала меняется прозрачность или коэффициент отражения модулирующей среды, в результате чего ПМС становит­ся носителем промежуточного изображения (аналогичного по своим оптическим свойствам изображению

диапозитива). При этом свето­вой поток, проходящий через ПМС, изменяется по интенсивности в соответствии с распределением плотностей отдельных участков (пик­селей ПМС). Работа жидкокристаллических экранов основана на явлении по­ляризации светового потока. Известно, что поляроиды осуществля­ют деления изображения путем поляризации световых пучков во вза­имно перпендикулярных плоскостях. Поляроид пропускает толь­ко ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции ко­торой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости по­ляризатора. Для оставшейся части светового потока поляроид бу­дет непрозрачным. Данный эффект называется поляризацией све­та. Два скрещенных (ортогональных) поляризатора, помещенные на пути светового потока, полностью непрозрачны для света. Откры­тие свойств жидких кристаллов изменять угол поляризации под дей­ствием электростатического или электромагнитного поля позволили создать электронно-оптический модулятор света, прозрачность кото­рого меняется под действием приложенного напряжения.

Основными элементами модулятора свет являются два скре­щенных поляризатора и помещенная между ними жидкокристалли­ческая ячейка, угол поворота плоскости поляризации которой мо­жет регулироваться. Прозрачность электронно-оптического модуля­тора изменяется при изменении угла поворота плоскости поляриза­ции. Принцип работы жидкокристаллического экрана по­ясняет рисунок 3.37. Экран состоит из нескольких слоев, основными из которых являются две стеклянные пластины 3, на которых нанесены полосковые электроды 2. Две пластины соединяются, оставляя за­зор, который заполняется жидким кристаллом 4. Полосковые решет­ки пластин скрещены. В точках пересечения полосковых электро­дов образуются элементарные конденсаторы, напряжение на которых определяет угол поворота поляризации, а следовательно, и прозрач­ность элементарной ячейки. С внешней стороны стеклянных пластин располагаются поляризационные фильтры 1, 5, векторы поляриза­ции которых ортогональны. При подаче потенциала на некоторую пару полосковых электродов активизируется ячейка, на которой вер­тикальные и горизонтальные электроды пересекаются. Коммутация потенциалов осуществляется по закону развертки, используемой в телевидении и компьютерах. Схема строчной развертки переключа­ет с тактовой частотой импульсы — отсчеты видеосигнала с одного вертикального электрода на другой. Схема кадровой развертки осу­ществляет перекоммутацию горизонтальных электродов.

Для воспроизведения цветного изображения ЖК панель покры­вают цветными RGB -светофильтрами, размеры и форма которых со­ответствуют размерам модулирующей ячейки. ЖК экраны плоских телевизоров и

мониторов работают на просвет. Поэтому обязатель­ным компонентом ЖК экрана является лампа задней подсветки. Для сокращения габаритов лампа помещается на боковой части экра­на, а напротив нее — отражающее зеркало. Необходимым требовани­ем к световому потоку, входящему в ЖК ячейку, является его малая расходимость, так как расходящийся световой поток скрещенными

1— поляризатор; 2— полосковые электроды; 3— стеклян­ные пластины;

4 — жидкий кри­сталл; 5— поляризатор-анализатор

Рисунок 3.37 - Конструкция ЖК электронно-оптического модулятора света

поляризаторами задерживается не полностью. Появляется эффект просачивания, т.е. фоновая засветка, снижающая контрастность вос­производимого изображения. Необходимость направленного светово­го излучения ведет к тому, что изображение на ЖК экране восприни­мается с номинальной яркостью в узком угловом интервале (10...15 ° относительно нормали к экрану); Отклонение от заданных углов на­блюдения ведет к существенному уменьшению яркости экрана.

Модуляционная характеристика ЖК ячейки су­щественно нелинейна, что заметно снижает число воспроизводимых градаций яркости. Поэтому видеосигнал перед подачей на ЖК ячей­ку необходимо подвергнуть нелинейной обработке, корректирующей форму модуляционной характеристики ячейки.

ЖК экраны обладают рядом преимуществ перед кинескопными, среди которых малая толщина экрана, пониженное потребление энергии, малый вес, высокое разрешение — 1024x768 точек, высокая яркость (200...250 кд/м²) и контрастность 300:1, отсутствие геоме­трических искажений, отсутствие искажения растров и их мелька­ния. Эти экраны широко используются в компьютерных мониторах, карманных и автомобильных цветных телевизорах, в видоискателях бытовых и профессиональных видеокамер.

Плоские плазменные экраны. Сравнительно небольшие раз­меры жидкокристаллических экранов и ограниченный угол наблюдения стимулировали разработку плазменных плоских экранов (пане­лей). Работа плазменной панели основана на свечении люминофоров экрана панели под воздействием ультрафиолетовых лучей, возника­ющих при электрическом разряде в плазме (разреженном газе). Кон­структивный элемент, формирующий отдельную точку изображения — пиксель, включает в себя три субпикселя, излучающих три основ­ных цвета RGB. Каждый субпиксель представляет собой отдельную микрокамеру, заполненную разреженным газом, на стенках которой нанесены люминофоры одного из трех основных цветов. Пиксели расположены в точках пересечения прозрачных разрядных электро­дов, образующих прямоугольную сетку (матрицу). Кроме разрядных электродов каждый пиксель снабжен третьим — адресным электро­дом. На разрядные электроды постоянно подается напряжение, до­статочное для поддержания разряда, но меньшее, чем напряжение зажигания. На адресный электрод подается импульс, размах

кото­рого достаточно велик, чтобы зажечь разряд. Во время разряда воз­никает мощное ультрафиолетовое излучение, возбуждающее находя­щийся на стенках ячейки люминофор. При этом электроны атомов люминофора оказываются переведенными на более высокие энерге­тические уровни внешних орбит. При возвращении с внешних орбит на прежние уровни электроны излучают кванты света в соответству­ющем данному люминофору красном, зеленом или синем участке ви­димого спектра излучения. Так происходит преобразование ультра­фиолетового излучения в видимую часть спектра.

Коммутационная система плазменной панели с поэлементной тактовой частотой переключает потенциалы на адресные электроды и со строчной частотой — на разрядные электроды. Интенсивность излучения трех люминофоров пикселя определяется длительностью подаваемых на адресные электроды импульсов, поэтому амплитуда сигналов трех основных цветов Ur, U_G, Ub предварительно модули­руются методами широтно-импульсной модуляции.

Прогресс в развитии плазменных панелей идет необычайно бы­стро. Свидетельство тому выпускаемые плазменные телевизоры с размером экрана по диагонали 127 см. Разрешающая способность экрана 1366x768 пиксель. Яркость 400...500 кд/м². Контраст 3000:1. Число воспроизводимых цветов 16 • 10⁶. Существенным недостат­ком плазменных телевизоров является высокая потребляемая мощ­ность и масса.

Дата добавления: 2015-09-01