Плазменная панель

Газоразрядный экран (также широко применяется английская калька "плазменная панель") - устройство отображения информации, монитор, использующее в своей работе явления электрического разряда в газе и возбуждаемого им свечения люминофора.

Конструкция

Что такое «плазма»?

Основной элемент люминесцентного излучения - плазма, газ, состоящий из свободно протекающих ионов (электрически заряженных атомов) и электронов (отрицательно заряженных частиц). В обычном состоянии газ состоит, преимущественно, из незаряженных частиц. Это означает, что отдельные атомы газа состоят из равного количества протонов (положительно заряженные частицы в ядре атома) и электронов. Отрицательно заряженные электроны балансируют положительно заряженные протоны, поэтому сам атом имеет результирующий заряд «0».

Если в газ ввести множество свободных электронов, создавая внутри электрическое напряжение, происходят значительные изменения: свободные электроны сталкиваются с атомами, ослабляя связь с другими электронами. Из-за потери электронов, нарушается баланс атома. Атом становиться положительным и превращается в ион.

Через плазму проходит электрический ток, за счет чего отрицательно заряженные частицы стремятся к положительно заряженной области плазмы, а положительно заряженные частицы двигаются в направлении отрицательно заряженной области.

В этом стремительном потоке, частицы постоянно сталкиваются друг с другом. В результате такого столкновения в плазме происходит возбуждение атомов газа и высвобождаются фотоны энергии. Ксеноновые и неоновые атомы, используемые в плазменных экранах, освобождают фотоны света. Как правило, эти атомы высвобождают ультрафиолетовые фотоны света, невидимые для человека. Но ультрафиолетовые фотоны можно использовать для того, чтобы возбудить видимые фотоны света.

Внутреннее строение дисплея

Ксеноновый и неоновый газ в плазменном телевизоре содержится в сотнях тысяч очень маленьких ячеек, размещенных между двумя стеклянными пластинами, в которых также по бокам ячеек располагаются длинные электроды. Вдоль тыльной стороны стеклянной пластины за ячейками располагаются электроды адреса. Прозрачные электроды дисплея, окруженные изолирующим диэлектрическим материалом и покрытые защитным слоем оксида магния, находятся над ячейкой вдоль фронтальной стороны стеклянной пластины.

Оба набора электродов тянутся по всей длине экрана. Электроды дисплея выложены в горизонтальные ряды вдоль экрана, а электроды адреса – в вертикальные колонки. Как показано на диаграмме, вертикальные и горизонтальные электроды формируют своего рода решетку.

Чтобы ионизировать газ в каждой отдельной ячейке, компьютер плазменного монитора заряжает электроды, которые пересекаются в этой ячейке. Это все происходит за долю секунды, постепенно заряжая каждую ячейку. Когда пересекающиеся электроды заряжены (между ними существует разница напряжения), электрический ток протекает через газ в ячейку. Как уже говорилось, ток заставляет заряженные частицы двигаться быстрее, что в свою очередь побуждает атомы газа высвобождать ультрафиолетовые фотоны. Освобожденные ультрафиолетовые фотоны воздействуют на кристаллический люминофор (кристаллофосфором), нанесенный на внутренние стенки ячейки. Люминофор – это электролюминесцентное вещество, используемое для покрытия внутренней поверхности экрана электронно-лучевой трубки, которое выделяет свет. Когда ультрафиолетовый фотон ударяется об атом фосфора, один из электронов фосфора перепрыгивает на более высокий уровень энергии и атом нагревается. Когда электрон вновь возвращается на свой уровень, он освобождает энергию в форме видимого фотона света.

В возбужденном состояние, фосфоры в плазменном мониторе излучают цветной свет. Каждый пиксель состоит из трех отдельных ячеек подпикселя со своими цветными фосфорами. Один из подпикселей излучает красный цвет фосфора, другой – зеленый, а третий – синий. Смешиваясь в определенной пропорции, эти цвета создают целую палитру новых красок пикселя.

Изменяя импульс тока, двигающегося по различным ячейкам, специальная система управления увеличивает или понижает интенсивность каждого цвета подпикселя для создания тысяч различных комбинаций красного, синего и зеленого цветов. Таким образом, система управления воспроизводит целый спектр цветов.

Фронтальное стеклянное основание

То, что мы видим чаще всего. Обычно имеет антибликовое покрытие.

Диэлектрический слой

Предназначен для изоляции дисплейных электродов.

Дисплейный электрод

Эти прозрачные катодные пластины идут через весь экран над каждой строкой пикселей.

Область поверхностного разряда

Атомы газа возбуждают, чтобы заставить их испускать ультрафиолетовые фотоны.

Защитный слой

Обычно изготавливается из оксида магния.

Для получения представления о технологии плазменного дисплея достаточно взглянуть на обычную лампу дневного света — она работает по тому же принципу. Внутри лампы находится инертный газ, обычно аргон. В нормальном состоянии атомы газа электрически нейтральны. Но пропустите через эту смесь электрический ток — и атомы газа будут атакованы несметными количествами свободных электронов, что приведет к утрате атомами нейтрального заряда. Они станут положительно заряженными или, выражаясь техническим языком, ионизированными, а газовая смесь превратится в проводящую плазму.

Отрицательно и положительно заряженные частицы беспорядочно роятся в поисках незанятых мест в противоположно заряженных атомах газа, ударяя атомы и заставляя их излучать ультрафиолетовые фотоны. Они невидимы невооруженным глазом, если ими не управляют специально, направляя в сторону люминофорного покрытия — вроде того, что используется внутри лампы дневного света. При попадании фотонов частицы люминофора возбуждаюся, испускают свои собственные фотоны, но они уже окажутся видимы и приобретут форму световых лучей.

Плазменные дисплеи используют тот же принцип, но не внутри трубки, а в многослойной стеклянной конструкции. Между стеклянными стенками располагаются сотни тысяч ячеек, покрытых люминофором, который светится красным, зеленым и голубым светом. Под видимой стеклянной поверхностью — по всему экрану — расположены длинные, прозрачные дисплейные электроды, изолированные сверху листом диэлектрика, а снизу слоем оксида магния (MgO).

Под дисплейными электродами располагаются уже упомянутые нами ячейки пикселей RGB, выполненные в форме крохотных коробочек, изнутри покрытых цветным люминофором (каждая „цветная“ коробочка — красная, зеленая или голубая — называется подпикселем). Под ячейками находится конструкция из адресных электродов, расположенных под углом 90 градусов к дисплейным электродам и проходящих через соответствующие цветные подпиксели. Следом располагается защитный для адресных электродов уровень, закрытый задним стеклом.

Прежде, чем плазменный дисплей будет запаян, в пространство между ячейками впрыскивается под низким давлением смесь двух инертных газов — ксенона и неона. Для ионизации конкретной ячейки создается разность напряжений между дисплейным и адресным электродами, расположенными друг напротив друга выше и ниже ячейки.

В результате газ ионизируется и испускает массу ультрафиолетовых фотонов, которые бомбардируют изнутри коробочки пиксельных ячеек, заставляя люминофор возбуждаться и испускать свет — в точности, как в флуоресцентных трубках. Колебания напряжения (с помощью импульсной кодовой модуляции) приводят к изменению интенсивности цвета каждого подпикселя. Если это делать с сотнями тысяч пиксельных ячеек, причем очень быстро, то получится отличная картинка.

Люминофорное покрытие

Когда фотоны ультрафиолета бомбардируют люминофорное покрытие, оно возбуждается и испускает световые фотоны. Получить пиксель размером намного меньшим 0,3 мм — очень сложная задача. Поэтому в малых размерах плазменные дисплеи не могут конкурировать с ЖК-экранами.

Ребра, изолирующие ячейку

Похоже на пчелиные соты, не правда ли? Ребра содержат подпиксели разных цветов и играют роль „мяса“ в сэндвиче плазменного дисплея.

Анод

Ток течет от дисплейных электродов (катодов) к анодным пластинкам, повернутым под углом 90 градусов относительно дисплейных электродов.

Тыловое стеклянное основание

Последний слой в сэндвиче.

Защитный слой

Служит для исключения прямого контакта с анодом.

Главное преимущество плазменных мониторов состоит в том, что за счет использования ультратонких материалов можно создавать большие, но в то же время тонкие экраны. И поскольку каждый пиксель загорается по отдельности, изображение получается очень ярким и картинка видна практически под любым углом. Качество изображения, конечно, не сравниться с качеством воспроизведения электронно-лучевой трубки, но, тем не менее, эта технология получила одобрение многих людей.