mmt-virtreal_red

ный метод их возбуждения называется CLEAR (Hi-Contrast and Low Energy Address and

Reduction), а его модификация Smooth Clear обеспечивает энергосбережение в цепях питания плазменных ячеек. Последнее позволило сделать PDP более экономичными и обойтись пассивными системами охлаждения, исключив тем самым вентиляционный шум.

Технологии фирмы Matsushita. Эта компания разра-

ботала технологии Plasma AI (Adaptive-Brightness Intensifier), Real Black и конструкцию ACSP (Assymetrical Cell Structure Panel) плазменных экра-

нов с разными размерами ячеек первичных цветов, показанную на рис. 3.20. Эти и другие технологии привели к созданию плазменной панели с контрастно-

стью 3000:1 (рекламируемое значение). Известно, что в таких PDP используется двойное сканирование при записи (см. Рис. 3.15) с адаптивной дискретизацией полевых интервалов на 9~12 subfield, что зависит от типа изображения (кино или фотография) и уровня AРL (Average Picture Level) сигнала яркости на текущем полевом интервале (технология AI). Так может быть задано до 212=4096 уровней яркости плазменных ячеек. Количество импульсов Sustain на самых темных участках изображения отслеживается функцией Real Black и уменьшается до одного при максимуме AРL. Структура ACSP с неодинаковыми ячейками RGB разработана для коррекции баланса белого с учетом различий эффективности люминофоров. Ячейки с синим люминофором при этом получились больше по размерам, чем красные и зеленые, что придает выключенному экрану приятный ультрамариновый оттенок.

3.1.3. Специфика параметров PDP

Яркость и контрастность изображения. Особенностью PDP является сильная зависимость яркости экранного изображения от содержания отображаемой информации. Пример зависимости яркости от среднего уровня APL отображаемого видеосигнала показан на рис. 3.21, а изображений, со ответствующих разным значениям APL – на рис. 3.

22. Если изображение представляет собой совокупность белых окон на черном фоне, то APL определяется отношением общей площади белых окон к площади всего экрана и достигает 100 % при отображении полностью белого поля. Увеличение APL выше уровня, например 16 %, что зависит от эффективности системы охлаждения, приво-

дит к гиперболическому снижению яркости изображения до минимума на полностью белом экране. Уровень APL, соответствующий яркости Brightness set (начальный участок на кривой рис.

3.21), производителями обычно не сообщается. Известно лишь, что параметры яркость и контрастность PDP нередко измеряются при APL 15% на изображении, содержащем 16 равномерно распределенных белых зон с максимальной яркостью на черном фоне. При этом яркость определяется как среднее значение по 16 белым зонам, а контрастность как отношение средней яркости белых зон к яркости черного фона.

Иногда в паспортных данных на PDP указывается два значения яркости. Одно из них

(brightness panel, white peak или w/o filter) озна-

чает максимум яркости по паспортным данным производителя плазменной панели, а меньшее по величине второе (brightness of set) – реализованное значение яркости в конкретной продукции с плазменной панелью, используемой как комплектующее устройство. Это значение значи-

тельно меньше white peak, так как указывается с учетом потерь света на фильтре, защищающем экран стекле с антибликовым покрытием, и ограничений мощности источника питания. Ограничение энергопотребления вводится с целью облегчения теплового режима PDP и уменьшения акустического шума от работы встроенной вентиляционной системы. Проблема отвода тепла возникает, так как аппаратура с PDP, выгодно отличаясь от кинескопных телевизоров лучшей четкостью изображения и компактностью конструкции, существенно уступает им по экономичности.

О форматах изображения. Почти вся PDP-продукция имеет экран формата 16:9, но вещательное телевидение (4:3) в основном не является источником соответствующей информации. Просмотр же на PDP 16:9 программ с форматом изображения 4:3 при заполнении всего экрана приводит к “обрезанию” верхней и нижней частей оригинального изображения, а с выводом на экран всего изображения – к появлению по бокам экрана темных полоса. Но при таком просмотре в течение длительного времени на экране PDP могут остаться следы (after-images) от этих полос, заметные просмотре программ других. Сказанное относится и к показу на «плазме» неподвижных изображений, например, компьютерной графики и цифровых фотографий, содержащих яркие и контрастные фрагменты.

Функции Screen Saver позволяют предотвратить и даже устранить последействия (after images) продолжительных, интенсивных плазменных разрядов на люминофоры пикселей. Например, у некоторых PDP предусмотрен доступ пользователя к функциям Orbiter, Inverse, SP Adjustment и Long Life, которые предотвращают появление after-images. Первая из них обеспечивает циклические смещение изображения относительно экрана, вторая – перевод изображение в негативное на задаваемое время, третья – “подсветку” с выбираемым уровнем яркости боковых сторон экрана при просмотре программ формата 4:3, а четвертая – перевод PDP в экономичный режим с пони-

женной яркостью. Если же after-images появились, то их можно устранить, задействовав функцию WT, переводящую все пиксели PDP в режим демонстрации белого поля, или Screen Wiper, создающую на экране чистящее изображение в виде вертикальной белой полосы, перемещающейся с задаваемой скоростью, периодичностью и продолжительностью.

3.1.4. Плазменные дисплеи: мифы и реальность [6]. Что же сегодня, спустя полтора десятилетия с начала экспансии плазменных дисплеев, является реальностью, а что можно отнести к категории мифов или иллюзий, сложившихся в результате продуманной рекламы производителей?

Миф первый. Изображение на плазменном экране гораздо ярче, контрастнее и вернее по цветности по сравнению с экранами других технологий.

Реальность. Это оценки субъективного восприятия от показа не очень контрастных рекламных изображений на новом (очищенном от after images) плазменном экране, оснащенном фильтрами CCF. Вместе с тем, измерения яркости и контрастности у PDP при APL=50% и отображении тестового сигнала шахматного поля (ГОСТ 9021) дают худшие результаты, чем аналогичные у телевизоров, т.е. все зависит от методики измерений и оценок.

Миф второй. Плазменный телевизор можно повесить на стену, как живописный шедевр. Реальность. Можно, но только осторожно (масса PDP десятки килограмм) и на фирменном настенном креплении, которое для большинства моделей придется покупать дополнительно. При эксплуатации необходимо, чтобы соблюдались условия конвективного теплообмена PDP с окружающей средой, а ее температура не превосходила 40 ºС. Свободное пространство вокруг PDP должно быть не менее 10 см (зависит от конкретной модели и типа встроенной в нее системы охлаждения). Не все модели допускают монтаж в стенной нише. Могут потребоваться капитальные затраты, чтобы сделать невидимыми, но доступными не всегда удобные кабельные коммуникации. Миф третий. Срок службы PDP – десятки тысяч часов.

Реальность. Возможно, но в инструкциях для пользователя PDP большинства фирм об этом не говорится. Только иногда можно найти, напрмер, следующие подробности:

•Среднее время MTBF (Mean Time Between Failuri) наработки на отказ зависит от условий установки и окружающей среды и составляет 28500 часов при температуре 25° С, но не является гарантированной характеристикой для конкретного изделия и не учитывает истощение электролитических конденсаторов.

•Падение яркости и изменение цветности не входят в критерии отказов, так как эти эффекты вызываются естественной деградацией люминофоров.

•Ожидаемый срок службы по критериям уменьшения яркости вдвое и удвоения количества допускаемых спецификацией дефектных ячеек составляет 30000 и 10000 часов при APL 15 % и 100 % соответственно (не гарантируется).

Дефектными ячейками считаются не загорающиеся, не гаснущие или светящиеся в 2 раза ярче других того же цвета. Спецификацией допускается, например, до 20, 10, и 3-х дефектных ячеек перечисленных типов каждого цвета при плотности до двух дефектных ячеек на см2 или до трех ячеек следующих подряд по горизонтали.

Миф четвертый. Изображения на PDP лучшие по качеству и экологии по сравнению с аналогами других технологий.

Реальность. Что же касается вредных излучений, то у PDP они отсутствуют, так как даже обычное стекло не пропускает ультрафиолетовое излучение. Но изображение на PDP в любой момент времени не соответствует по цветности реальному и пропадает вовсе 8 или более раз в течении каждого поля. Поэтому его нельзя считать спокойным, так как зрение выполняет низкочастотное усреднение цветности.

3.2. Светодиодные панно

Полноцветные светодиодные панно – экраны гигантских размеров – самые яркие из существующих средств отображения информации. Их все чаще можно встретить в качестве рекламных и информационных табло на улицах городов, выставках и стадионах, в концертных залах и на массовых шоу, причем как стационаром, так и в мобильном исполнении. Распространение светодиодных панно стало стремительно расширяться после создания в 1999 г.

яркого синего светодиода, необходимого для полноцветных систем. Поэтому, в отличие от светодиодной подсветки ЖК-продукции, за их спиной стоит более чем 10-летняя история создания и совершенствования сверхъярких светодиодов.

Рис. 3.23. Компоненты светодиодного панно кластерной конструкции. Каждый пиксель содержит зеленый, синий и два красных светодиода

◄Кластеры прямоугольного и круглого сечения

Впростейшем случае каждый пиксель светодиодного экрана составлен из трех светодиодов

сразличным цветом свечения (обычно красный, зеленый, синий). Для больших пикселей используются от 4 светодиодов (два красных, зеленый и синий) и больше. В экранах с размерами пиксе-

лей более 20 мм используются так называемые кластеры (cluster) – конструктивно объединенные группы диодов (рис. 423), например, 8 красных, 6 зеленых, 2 синих и т.д.

В матричных светодиодных панно кластеры и плата управления объединены в единое целое: матрицу, содержащую и светодиоды и коммутирующую электронику, которые залиты герметизирующим компаундом. В зависимости от размера и разрешения панно, количество светодиодов, составляющих пиксель, может колебаться от трех до нескольких десятков. Распределение светодиодов по цветам в пикселе зависит от типа применяемых светодиодов, так как определяется в интересах соблюдения баланса белого при их одновременной работе.

Сегодня на рынке представлены светодиодные панно с шагом от порядка 30 мм до нескольких мм. Большинство светодиодных панно имеет рамочно-модульную конструкцию (рис. 3.24), которая в каждом проекте уникальна и зависит от способа установки светодиодного панно: на земле с использованием опоры, на стене, на потолке помещения или на крыше здания. Управляются светодиодные панно с помощью специальных контроллеров, ко входам которых могут подключаться компьютер и источники стандартных видеосигналов. Контроллеры и программное обеспечение экрана обеспечивают его работу без участия оператора по заданным установкам и с дистанционным управлением.

Рис. 3.24. Особенности конструкции светодиодного панно

Яркость и контрастность изображения. При соблюдении цветового баланса белого яркость светодиодного экрана можно оценить по формуле L=(aIr+bIg+cIb)/p2, где: L - яркость экрана (кд/м2); a, b и c – число светодиодов в пикселе соответствующего цвета; I – сила света соответствующего светодиода (кд); p – шаг пикселей (м). Например, если пиксель состоит из трех светодиодов со сбалансировованной силой света (Ir=0,3 кд; Ig=0,59 кд; Ib=0,11 кд), и шаг пикселей равен 10 мм, то яркость составит L=10000 кд/м2. Если шаг тех же пикселей увеличить до 20 мм, то яркость снизится до 2500 кд/м2. Собственная контрастность светодиодного панно может быть высокой, так как при корректном управлении светодиодами его паразитная засветка полностью отсутствует.

Поверхность светодиодного экрана состоит из светодиодов с высоким коэффициентом отражения (например, 0,9) и промежутков между ними с низким коэффициентом отражения (например, черная поверхность с коэффициентом отражения 0,1), т. е. из оптически различных участков.

Для случая равномерной внешней освещенности светодиодного панно справедлива следующая оценка контрастности С изображения на нем:

С =(Lmax+Lзасв)/Lзасв, Lзасв=ксрEзасв/π, кср=0,1+0,8Sled/Spix,

где: Lmax - максимальная яркость экрана; Lзасв - яркость панно, создаваемая внешней засветкой; кср

– усредненный коэффициент отражения панно; Eзасв – внешняя освещенность; Sled – площадь светодиодов в одном пикселе; Spix – площадь пикселя. Например, при яркости экрана 2500 кд/м2, площади светодиодов в пикселе 38 мм2, шаге пикселей 12 мм, внешней освещенности 1000 лк, контрастность C= 26.

Неравномерность яркости. Для большинства проекционных систем неравномерность яркости изображения определяется, главным образом, естественным спадом яркости от центра к краям экрана. Основным для светоизлучающих панно является пиксельная неравномерность яркости. Это связано с тем, что информационное поле панно состоит из отдельных светодиодов, в которых всегда существуют технологические разбросы по силе света. Изготовители светодиодов классифицируют светодиоды по группам, в пределах которых светоизлучение диодов отличается не более, чем на 15 – 30%. у высококачественных светодиодных панно яркость пикселей выравнивается схемотехническими методами с точностью до 2 – 5%.

Диаграмма направленности излучения светодиодов формируется внутренним микро рефлектором, на котором установлен сам кристалл, и формой колбы светодиода. Следовательно, диаграмма направленности светодиодного панно формируется каждым образующим его светодиодом. Для того, чтобы она была одинакова по всем цветам, используются светодиоды разных цветов с близкими диаграммами направленности (рис. 3.25).

Светодиодные панно, вне зависимости от разрешения и технологии изготовления, делятся на изделия для уличного использования, имеющие защиту от воздействия влаги и пыли и широкий диапазон рабочих температур, и для установки в помещениях. Обычно в помещениях используются светодиодные панно с малым значе-

ниям шага исходя из ограниченных дистанций обзора, а на улице – панно с большим шагом пикселей. В первых из них применяются светодиоды с достаточно широкой диаграммой направленности, например, 120×60°. В уличных экранах используются светодиоды с более узкой диаграммой направленности, например, 70×30°, что обусловлено разными условиями просмотра изображения вне и внутри помещений. В зависимости от ширины диаграммы направленности светодиодного панно изменяется его яркость, причем различия ориентации светодиодов могут привести к замет-

ной неравномерности яркости. При прочих равных условиях, сужение диаграммы со 120×60° до 70×30° позволяет более, чем втрое повысить яркость панно.

Разрешающая способность определяется плотностью расположения точек отображения информации (пикселей) на единицу площади панно и зависит от шага (pitch) – расстояния между соседними пикселями. Чем больше шаг, тем больше должна быть дистанция наблюдения экрана, необходимая для неразличимости образующих его пикселей.

Грубой оценкой максимально допустимого шага с точки зрения незаметности пиксельной структуры светодиодного панно является одна тысячная часть минимальной дистанции наблюдения. Например, для панно с шагом пикселей 16 мм минимальной дальностью наблюдения считается 16 метров, а оптимальной – 25 метров, что соответствует разрешающей способности зрения не хуже 3,5 угловых минут.

Рис. 3.26. Схема управления экраном, составленным из LED-модулей размерами 1,28х0,96 м.

Функциональная схема управления светодиодным панно показана на рис. 3.26. Она содержит интерфейс пользователя LIP, блоки Scaler/Converter и Serializer для конвертации видеосигналов отображаемых источников информации к разрешению экрана и ее преобразования для передачи на экран по последовательному каналу. Быстродействие светодиодов достаточно для использования любых технологий представления отображаемых видеосигналов, как строчно-кадровой (телевизионной) в реальном времени или с умножением частоты кадров, так и других с одновременным или последовательным смешиванием цветов. Поэтому экология изображений, создаваемых светодиодными экранами, может быть весьма высокой.

Светодиодные панно имеют несколько серьезных преимуществ по сравнению с типовыми проекционными системами. К ним относятся высокая яркость и возможность просмотра при солнечном освещении, длительный срок службы (до уменьшения яркости вдвое) – 50000 часов и более, модульность, наращиваемость и высокая ремонтопригодность конструкции, а также возможность реализации в виде экранов произвольной формы.

3.3. Экраны на органических светодиодах

Возможность создания светоизлучающих приборов на основе органических пленок была предсказана еще в середине прошлого века. В 1987 году была опубликована научная статья

«Organic Electroluminescent Diodes» инженеров Танга и Ван-Слика (C.W.Tang и S.A.VanSlyke)

американской фирмы Eastman Kodak, которая дала толчок к созданию практических разработок OLED в Европе, США и Японии. В статье было доказано, что на основе тонкой структуры из двух слоев пленки органических диэлектриков возможно изготовление экономичного дисплея с большой яркостью свечения. Прошло еще 20 лет, и в 1998 году компания Pioneer явила миру очередное японское чудо – небольшой матричный графический дисплей с зеленым цветом свечения, который сразу же вызвал огромный интерес у специалистов. Это был первый в мире серийно выпускаемый дисплей на органических светодиодах, известный ныне как OLED (Organic Light Emitting Display).

Принцип работы OLED базируется на способности некоторых органических веществ излучать свет под действием приложенного к ним управляющего напряжения. Как показано на рис. 3.27, 3.28 в качестве светоизлучающего элемента в OLED-дисплее используется структура, состоящая из двух органических пленок, имеющих электронную и дырочную проводимости.

На границе раздела этих пленок происходят рекомбинации электронов и дырок, а выделяющаяся при этом энергия излуча-

ется как видимый свет. OLED является по существу светодиодом, только вместо полупроводников n- и р-типа в нем используются электронные и дырочные пленки из органических материалов.

Несмотря на общность принципа работы, свойства органических и неорганических светодиодов существенно отличаются. Во-первых, технология изготовления полупроводниковых LEDдисплеев сложна и дорога, так как требуются материалы с очень высокой степенью очистки от примесей. Во-вторых, имеются большие трудности с изготовлением полупроводниковых светодиодов синего свечения. Поэтому полноцветные LED очень дороги. Наконец, при работе LED потребляют много электроэнергии.

Дисплеи на органических светодиодах свободны от перечисленных недостатков. Они чрезвычайно экономичны и при массовом производстве должны стоить очень дешево. Ведь, по сути, они состоят только из стекла-подложки (или даже прозрачного пластика) с нанесенными на нее

несколькими слоями органических пленок синего, зеленого и красного цветов толщиной около 100 нм и управляющих электродов.

Рис. 3.28. Устройство и принцип действия OLED

Столь простая структура характерна для недорогих дисплеев с пассивным управлением яркостью свечения экрана. В более совершенных и дорогих OLED для повышения яркости свечения ячеек используются активные матрицы из тонкопленочных TFT-транзисторов. Так как подобная технология является базовой для современных LCD-дисплеев и хорошо отработана, основной проблемой производства OLED-дисплеев является получение высокомолекулярных органических соединений с высоким уровнем светового излучения. Эта задача решается путем синтеза новых, все более эффективных с точки зрения светоотдачи органических соединений.

В качестве «рабочего тела» в первом поколении «органиков» использовались пленки, для работы с которыми требовалось управляющее напряжение порядка 100 В. В дальнейшем работы по поиску более эффективных полимеров увенчались успехом, и в конце 90-х годов приступили к промышленному изготовлению OLED и индикаторов. Для управления современными OLED требуется напряжение 2…10 В при милли-Ваттном энергопотреблении.

Среди активных приверженцев первой волны органической технологии заметно выделялся Pioneer. Так, уже на европейской «IFA-1999» компания сумела на своем стенде показать в работе прототип первого в мире цветного OLED-телевизора с диагональю экрана 10 дюймов, который стал одной из самых громких сенсаций выставки. Впрочем, от выставки до появления нового продукта на прилавках магазинов может пройти много лет – уж очень большой объем конструкторских и технологических задач приходится при этом решать. Тем не менее, OLED уже нашли применение в качестве экрана карманных ассистентов PDA и в некоторых моделях мобильных телефонов, а компания Pioneer оснащает цветными OLED под названием OEL (Organic Electro Luminescent) многие модели автомагнитол и CD-ресиверов. Другие известные производители также не остались в стороне.

и яркостью более 300 кд/м2.

Светотехнические параметры OLED вполне сопоставимы с характеристиками LCD, но OLED имеют несколько существенных преимуществ, в частности: более широкое поле зрения по горизонтали и вертикали; минимальная толщина, так как для их работы не требуется подсветка; высочайшая контрастность; низкое энергопотребление. Вместе с тем, они пока уступают своим конкурентам по сроку службы и ширине диапазона рабочих температур.

Второе направление развития нетрадиционных плоских дисплеев явилось следствием разработки в 1990 г. группой английских ученых Кембриджского университета разновидности OLED,

названной ими PLED (Polymer light-emitting diode). Теория конструкция PLED (рис. 3.30) очень похожа на OLED, только вместо органических пленок здесь используются высокомолекулярные полимеры. Кроме Кембриджского университета в этих работах принимают участие другие компании, например, Philips, которая активно работает над созданием плоских дисплеев PolyLED на гибких пластиковых подложках.

Цвет излучения полимера прямо зависит от его химической структуры. С помощью модификации химической структуры растворимых полимеров диапазон их излучения составляет 400…800 нм. Основная трудность при переходе от стеклянной основы на гибкий пластиковый лист – это

обеспечение защиты рабочего вещества от разрушающего воздействия влаги и воздуха.