Technologie: Plazma displeje
19.11.2003, Zdeněk Kabát, článek
Po delší době se opět vracíme k popisu nějaké zobrazovací technologie. Tentokrát jsme si vzali do hledáčku plazma displeje, které jsou základem nejen hi-endových televizí, ale jsou ve velké míře využity v informačních technologiích.
Kapitoly článku:
- Technologie: Plazma displeje
- Plazma a struktura displeje
- Princip zobrazování, výhody a nevýhody
- Moderní displeje - Fujitsu ALiS
- Další PDP technologie
Princip zobrazovací techniky
Zde je ještě jednou zjednodušené schéma buňky v PDP. Jde jen o jednu třetinu pixelu, která má na starosti jednu barevnou složku:
Obr. 5 – Jedna buňka PDP
Do obou zobrazovacích elektrod je pouštěno střídavé napětí. Když je napětí iniciováno, je indukován výboj, který začne ionizovat plyn a vytvářet plazmu. Dielektrikum a oxid hořečnatý sice ihned výboj zastaví, ale po změně polarity (jde o střídavý proud) ionizace pokračuje a je tak dosaženo stálého výboje. Napětí na elektrodách je udržováno těsně pod hladinou, kdy začne vznikat plazma a k ionizaci pak dojde i při velmi nízkém zvýšení napětí na adresovací elektrodě.
Po vzniku plazmy získají nabité částice díky elektrickému poli kinetickou energii a začnou do sebe narážet. Neon a xenon jsou přivedeny do excitovaného stavu a po návratu elektronu do svého orbitalu uvolní ultrafialové záření. Díky tomuto záření pak excitují atomy luminoforu a ty uvolní viditelné světlo. V každém pixelu jsou tři různě barevné luminofory, jejichž kombinací vzniká výsledná barva.
Červený, zelený a modrý luminofor musí být ovládány zvlášť a navíc v mnoha úrovních intenzity, abychom dostali co největší škálu zobrazovaných barev. U CRT monitorů je princip jednoduchý, reguluje se elektronový paprsek, který na bod dopadá. U plazma displejů funguje ovládání intenzity na principu modulace pulsního kódu (Pulse Code Modulation – PCM). Tato modulace slouží k převedení analogového signálu s nekonečným rozsahem na binární slovo s pevně danou délkou. Proto jsou PDP obrazovky plně digitální, což je správný krok do budoucna.
Obr. 6 – Rozdělení pixelu na tři barevné složky
Intenzita každého subpixelu je určována počtem a šířkou napěťových pulsů, které dostává buňka během každého snímku. Toho je dosaženo tak, že trvání každého snímku je rozděleno na několik kratších částí, podsnímků. Během této periody jsou pixely, které mají svítit, přednabity na určité napětí (pomocí zobrazovacích elektrod) a během zobrazovací fáze je pak napětí aplikováno na celý displej (adresovací elektroda). Ovšem to znamená, že rozsvítí jen ony přednabité subpixely a jejich intenzita je dána právě úrovní nabití.
Standardní metoda určuje 256 úrovní nabití pro každý subpixel, protože každý snímek je rozdělen na 8 podsnímků ovládaných 8-bitovým slovem (viz PCM). Celá tato technologie se nazývá ADS (Address/Display Separated) a byla vyvinuta v roce 1984 společností Fujitsu.
Výhody a nevýhody PDP
Protože plazma displeje samy o sobě emitují světlo, mají vynikající pozorovací úhly kolem 160-170°, takže jsou vhodné pro prezentační účely apod. Další nespornou výhodou je zmiňovaná úspora místa při velkých úhlopříčkách. Podívejme se ale také na ty negativní stránky, které byly ovšem z velké části potlačeny.
Obr. 7 – Mezi výhody patří jistě malý nárok na prostor
Plazma displeje ne zrovna nejvyšší kvality mají problémy s kontrastem. Důvodem je právě to, že napětí mezi zobrazovacími elektrodami je udržováno stále pod prahem ionizace, aby měla obrazovka dostatečně rychlou odezvu. Negativním účinkem ale je to, že k minimální ionizaci dochází i bez napětí na adresovací elektrodě, což omezuje schopnost zobrazit nejtmavší odstíny a tím snižuje kontrast. Jinými slovy, plazma vzniká i v „pohotovostním stavu“, když je adresovací elektroda vypnutá. Na konci 90. let ale přišlo Fujitsu s technologií zvyšující kontrast ze 70:1 až na 400:1, později dokonce 500:1.
S kontrastem souvisel i další problém – neschopnost zobrazovat dokonale stupnici šedi. V tmavých scénách se totiž barvy blízké černé slévají v jednu a přechody nejsou zdaleka plynulé. Ovšem moderní PDP displeje již tímto neduhem netrpí a škála zobrazovaných odstínů je širší.
Přestože výroba PDP není tak náročná na prostředí jako např. LCD, jsou stále plazma displeje velmi drahé. Životnost plazmových obrazovek je kolem 10 tisíc hodin, což je asi poloviční hodnota než u LCDček. V poměru cena za hodinu nejsou PDP příliš praktické a pro domácí uživatele nevhodné (tedy pro domácnosti s průměrným platem :).
A nevhodnost plazma displejů pro použití s počítači bychom vyčetli ještě z jedné hodnoty – rozteč bodů se zatím nedostala pod 0,3mm, naopak bývá mnohem vyšší. Proto je stále nejlepší využití těchto obrazovek jako HDTV (High Definition TV) a pro prezentační účely větších společností. V loňském roce se vyrobilo kolem 360 tisíc PDP a toto číslo neustále vzrůstá.
Zde je ještě jednou zjednodušené schéma buňky v PDP. Jde jen o jednu třetinu pixelu, která má na starosti jednu barevnou složku:
Obr. 5 – Jedna buňka PDP
Do obou zobrazovacích elektrod je pouštěno střídavé napětí. Když je napětí iniciováno, je indukován výboj, který začne ionizovat plyn a vytvářet plazmu. Dielektrikum a oxid hořečnatý sice ihned výboj zastaví, ale po změně polarity (jde o střídavý proud) ionizace pokračuje a je tak dosaženo stálého výboje. Napětí na elektrodách je udržováno těsně pod hladinou, kdy začne vznikat plazma a k ionizaci pak dojde i při velmi nízkém zvýšení napětí na adresovací elektrodě.
Po vzniku plazmy získají nabité částice díky elektrickému poli kinetickou energii a začnou do sebe narážet. Neon a xenon jsou přivedeny do excitovaného stavu a po návratu elektronu do svého orbitalu uvolní ultrafialové záření. Díky tomuto záření pak excitují atomy luminoforu a ty uvolní viditelné světlo. V každém pixelu jsou tři různě barevné luminofory, jejichž kombinací vzniká výsledná barva.
Červený, zelený a modrý luminofor musí být ovládány zvlášť a navíc v mnoha úrovních intenzity, abychom dostali co největší škálu zobrazovaných barev. U CRT monitorů je princip jednoduchý, reguluje se elektronový paprsek, který na bod dopadá. U plazma displejů funguje ovládání intenzity na principu modulace pulsního kódu (Pulse Code Modulation – PCM). Tato modulace slouží k převedení analogového signálu s nekonečným rozsahem na binární slovo s pevně danou délkou. Proto jsou PDP obrazovky plně digitální, což je správný krok do budoucna.
Obr. 6 – Rozdělení pixelu na tři barevné složky
Intenzita každého subpixelu je určována počtem a šířkou napěťových pulsů, které dostává buňka během každého snímku. Toho je dosaženo tak, že trvání každého snímku je rozděleno na několik kratších částí, podsnímků. Během této periody jsou pixely, které mají svítit, přednabity na určité napětí (pomocí zobrazovacích elektrod) a během zobrazovací fáze je pak napětí aplikováno na celý displej (adresovací elektroda). Ovšem to znamená, že rozsvítí jen ony přednabité subpixely a jejich intenzita je dána právě úrovní nabití.
Standardní metoda určuje 256 úrovní nabití pro každý subpixel, protože každý snímek je rozdělen na 8 podsnímků ovládaných 8-bitovým slovem (viz PCM). Celá tato technologie se nazývá ADS (Address/Display Separated) a byla vyvinuta v roce 1984 společností Fujitsu.
Výhody a nevýhody PDP
Protože plazma displeje samy o sobě emitují světlo, mají vynikající pozorovací úhly kolem 160-170°, takže jsou vhodné pro prezentační účely apod. Další nespornou výhodou je zmiňovaná úspora místa při velkých úhlopříčkách. Podívejme se ale také na ty negativní stránky, které byly ovšem z velké části potlačeny.
Obr. 7 – Mezi výhody patří jistě malý nárok na prostor
Plazma displeje ne zrovna nejvyšší kvality mají problémy s kontrastem. Důvodem je právě to, že napětí mezi zobrazovacími elektrodami je udržováno stále pod prahem ionizace, aby měla obrazovka dostatečně rychlou odezvu. Negativním účinkem ale je to, že k minimální ionizaci dochází i bez napětí na adresovací elektrodě, což omezuje schopnost zobrazit nejtmavší odstíny a tím snižuje kontrast. Jinými slovy, plazma vzniká i v „pohotovostním stavu“, když je adresovací elektroda vypnutá. Na konci 90. let ale přišlo Fujitsu s technologií zvyšující kontrast ze 70:1 až na 400:1, později dokonce 500:1.
S kontrastem souvisel i další problém – neschopnost zobrazovat dokonale stupnici šedi. V tmavých scénách se totiž barvy blízké černé slévají v jednu a přechody nejsou zdaleka plynulé. Ovšem moderní PDP displeje již tímto neduhem netrpí a škála zobrazovaných odstínů je širší.
Přestože výroba PDP není tak náročná na prostředí jako např. LCD, jsou stále plazma displeje velmi drahé. Životnost plazmových obrazovek je kolem 10 tisíc hodin, což je asi poloviční hodnota než u LCDček. V poměru cena za hodinu nejsou PDP příliš praktické a pro domácí uživatele nevhodné (tedy pro domácnosti s průměrným platem :).
A nevhodnost plazma displejů pro použití s počítači bychom vyčetli ještě z jedné hodnoty – rozteč bodů se zatím nedostala pod 0,3mm, naopak bývá mnohem vyšší. Proto je stále nejlepší využití těchto obrazovek jako HDTV (High Definition TV) a pro prezentační účely větších společností. V loňském roce se vyrobilo kolem 360 tisíc PDP a toto číslo neustále vzrůstá.
