Konstrukcja i działanie wyświetlaczy LCD i

Konstrukcja i działanie wyświetlaczy LCD i

Wyświetlacze LCD
Historia
W trakcie badań biologicznych w 1888 r. Friedrich Reinitzer zupełnie przez przypadek odkrył
ciekły kryształ. Dalsze długoletnie badania własności ciekłych kryształów wykazały
moŜliwość sterowania własnościami optycznymi tej substancji, co umoŜliwiło
skonstruowanie pierwszego wyświetlacza ciekłokrystalicznego w roku 1964 (George H.
Heilmeier).
Wyświetlacz ciekłokrystaliczny, LCD (ang. Liquid Crystal Display) - to urządzenie
wyświetlające obraz oparte na mechanizmie zmiany polaryzacji światła na skutek zmian
orientacji uporządkowania cząsteczek ciekłego kryształu pod wpływem przyłoŜonego pola
elektrycznego.
Konstrukcja i działanie
Pasywny wyświetlacz LCD oparty na skręconej fazie nematycznej
Wszystkie rodzaje wyświetlaczy ciekłokrystalicznych składają się z czterech podstawowych
elementów:
* komórek, w których zatopiona jest niewielka ilość ciekłego kryształu
* elektrod, które są źródłem pola elektrycznego działającego bezpośrednio na ciekły
kryształ
* dwóch cienkich folii, z których jedna pełni rolę polaryzatora* a druga analizatora**.
* źródła światła
Zasadę działania wyświetlacza najłatwiej jest prześledzić na przykładzie pasywnego
wyświetlacza odbiciowego, z fazą nematyczną***, skręconą. W wyświetlaczu tym światło
wnikające do niego jest wstępnie polaryzowane pionowo przez film polaryzacyjny (1).
Następnie światło przechodzi przez szklaną elektrodę (2) i warstwę ciekłego kryształu (3).
Specjalne mikrowki na elektrodach (2 i 4) wymuszają takie uporządkowanie cząsteczek
tworzących warstwę ciekłokrystaliczną, aby przy wyłączonej elektrodzie nastąpiło obrócenie
polaryzacji światła o 90°. Dzięki temu światło moŜe przejść przez folię (5) pełniącą rolę
analizatora światła, która przepuszcza tylko światło spolaryzowane poziomo, odbić się od
lustra (6), przejść ponownie przez analizator (5) ,ulec ponownej zmianie polaryzacji o 90° na
warstwie ciekłego kryształu i ostatecznie opuścić bez przeszkód wyświetlacz, przez górną
folię polaryzacyjną(1)o przyłoŜeniu napięcia do elektrod, generowane przez nie pole
elektryczne wymusza taką zmianę uporządkowania cząsteczek w warstwie ciekłego kryształu,
Ŝe nie obraca ona polaryzacji światła. Powoduje to, Ŝe światło nie przechodzi przez analizator,
co daje efekt czerni.
Rodzaje wyświetlaczy LCD :
Transmisyjne i odbiciowe
Wyświetlacze LCD mogą pracować w trybie transmisyjnym lub odbiciowym. Transmisyjne
wyświetlacze są oświetlane z jednej strony, a powstające na nich obrazy ogląda się od drugiej
strony. Stąd aktywne piksele są w takich wyświetlaczach zawsze ciemne, a nieaktywne jasne.
Tego typu wyświetlacze są stosowane w przypadku gdy potrzebna jest duŜa intensywność
obrazu (np: w projektorach multimedialnych czy komputerach). Wyświetlacze transmisyjne
są zwykle stosowane razem z aktywnymi matrycami, choć czasem są teŜ stosowane bierne
wyświetlacze transmisyjne w np. zegarkach z uchylnymi wyświetlaczami.
Wyświetlacze odbiciowe, posiadają na swoim dnie lustro, które odbija dochodzące do
powierzchni wyświetlacza światło. Tego rodzaju wyświetlacze mogą pracować wyłącznie w
trybie biernym i posiadają zwykle niezbyt duŜą intensywność generowanego obrazu, ale za to
mają one bardzo mały pobór mocy. Są one najczęściej stosowane w kalkulatorach i
zegarkach, aczkolwiek czasami moŜne je teŜ spotkać w przenośnych komputerach i
palmtopach.
Istnieją takŜe wyświetlacze mieszane - transreflektywne, które potrafią działać w obu trybach.
Tryb odbiciowy jest stosowany gdy wyświetlacz pracuje przy niedoborze mocy (np: w
laptopie pracującym na własnej, prawie wyczerpanej baterii) a tryb transmisyjny gdy mocy
jest odpowiednio duŜo.
Wyświetlacze eksperymentalne
Wyświetlacze oparte na fazie SmGC*
W zaleŜności od rodzaju uŜytej fazy ciekłokrystalicznej rozróŜnia się wyświetlacze
nematyczne (N), nematyczne skręcone (N*) i smektyczne C skręcone (SmC*).
Wyświetlacze nematyczne i nematyczne skręcone, są z natury zawsze monochromatyczne.
Aby uzyskać z ich pomocą barwne obrazy konieczne jest albo stosowanie filtrów (w
przypadku wyświetlaczy z matrycą bierną), albo źródeł światła o określonym kolorze. Ze
względu na to, Ŝe w wyświetlaczach o duŜej rozdzielczości z matrycą aktywną, kaŜdy
wyświetlany piksel musi posiadać własne źródło światła (zwykle w formie diod TFT)
wymaga to zastosowania minimum trzech takich źródeł o róŜnej barwie (zwykle czerwona,
zielona i niebieska) na kaŜdy wyświetlany piksel, co bardzo komplikuje produkcję takich
wyświetlaczy i ogranicza ich maksymalną rozdzielczość. Kolejną wadą wyświetlaczy
nematycznych jest to, Ŝe działają one tylko w dwóch trybach - kaŜdy piksel moŜe być więc
tylko albo włączony albo wyłączony - co powoduje, Ŝe uzyskiwanie efektów szarości lub
róŜnej intensywności kolorów wymaga sterowania intensywnością światła emitowanego
przez diody, co dodatkowo komplikuje konstrukcję tych wyświetlaczy.
Faza SmC* oprócz zmieniania kierunku polaryzacji światła posiada teŜ zdolność selektywnej
zmiany barwy i intensywności przepuszczanego światła. Powoduje to, Ŝe tego rodzaju
wyświetlacze mogą okazać się znacznie prostsze w produkcji (tylko jedna celka i dioda na
jeden piksel), posiadać większą intensywność generowanych obrazów - nawet przy pracy w
trybie bierny. Problemem jest tylko znalezienie mieszanin związków, które z jednej strony
będą posiadać szeroki zakres temperaturowy występowania fazy SmC* a z drugiej strony
będą miały tzw. liniową charakterystykę odpowiedzi na zmiany intensywności lub kierunku
pola elektrycznego.
Wyświetlacze ultra cienkie i nie wymagające zewnętrznego zasilania
Marzeniem wielu osób zajmujących się rozwojem wyświetlaczy ciekłokrystalicznych jest
uzyskanie jak najcieńszych i jednocześnie pobierających jak najmniejszą moc urządzeń.
Ideałem byłoby tu urządzenie nie pobierające energii w ogóle i cienkie jak papier - tzw.
papier elektroniczny.
Autorem terminu "e-papier", a zarazem wynalazcą "e-papieru" jest Nicholas Sheridon, który
pracował w 1975 nad wyświetlaczami dla firmy Xerox.
Pierwsze tego rodzaju urządzenie zostało zaprezentowane w 2000r. przez firmę ZBD
Displays Limited, ale technologia jego produkcji okazała się na tyle droga i złoŜona, Ŝe nie
zostało ono nigdy wdroŜone do masowej produkcji.
Od lipca 2003 r. na Tajwanie rozpoczęto produkcję na większą skalę tego rodzaju urządzenia,
na razie o wielkości znaczka pocztowego, na bazie dokonań francuskiej firmy Nemoptic. Nie
jest to jednak "papier elektroniczny" w pełnym tego słowa znaczeniu - ze względu na
trudności z produkcją wyświetlaczy o większej powierzchni. Wyświetlacze te jak na razie,
mają szansę zastąpić stare wyświetlacze odbiciowe stosowane w kalkulatorach i zegarkach,
gdyŜ są mniej szkodliwe dla oczu i lŜejsze.
Ciekły kryształ:
Ciekłe kryształy – nazwa fazy pośredniej między ciekłym i krystalicznym stanem skupienia
materii, którą charakteryzuje zdolność do płynięcia, charakterystyczna dla cieczy i
jednocześnie dalekozasięgowe uporządkowanie tworzących ją cząsteczek, podobnie jak to ma
miejsce w kryształach.
W literaturze fachowej nazwa ciekły kryształ jest często zamieniana terminem mezofaza,
który obejmuje jednak takŜe kryształy plastyczne i kryształy condis.
Najprostszą do zaobserwowania w warunkach domowych substancją o charakterze
ciekłokrystalicznym jest wodny roztwór mydła.
Fizyczne podstawy tworzenia się ciekłych kryształów:
W fazie krystalicznej wszystkie cząsteczki są ściśle uporządkowane i nie mają w ogóle
swobody ruchu. W fazie ciekłej jest odwrotnie – cząsteczki mają pełną swobodę
przemieszczania się w obrębie objętości cieczy i jednocześnie nie są w Ŝaden sposób
dalekozasięgowo uporządkowane. Natomiast w fazie ciekłokrystalicznej sytuacja jest
pośrednia – cząsteczki mają częściową swobodę ruchu i jednocześnie są częściowo
uporządkowane.
Znakomita większość substancji w procesie topnienia wykazuje jednoczesne uwolnienie
translacyjnych (czyli dających moŜliwość przemieszczania się) i rotacyjnych stopni swobody.
Dla niektórych cząsteczek (głównie o kształcie zbliŜonym do kuli) uwolnienie rotacyjnych
stopni swobody następuje jednak wcześniej (w niŜszej temperaturze), przy czym wykazują
one w tej fazie duŜą plastyczność, stąd nazwa – kryształ plastyczny. Z drugiej strony bardzo
długie i giętkie cząsteczki (np. niektóre polimery) w pewnej temperaturze uzyskują zdolność
dynamicznej zmiany swojej konformacji (czyli kształtu), z nadal zablokowanymi
translacyjnymi stopniami swobody i są zdolne do generowania tzw. kryształów condis.
Kryształy condis i kryształy plastyczne są zaliczane do mezofaz, jednak zwykle nie uznaje się
ich za tradycyjne ciekłe kryształy, choć podział ten jest bardzo umowny i róŜnie
interpretowany w róŜnych opracowaniach.
Fazę ciekłokrystaliczną stricto mogą generować długie, sztywne cząsteczki podobne do
prętów lub sztywne i płaskie cząsteczki podobne do dysków, czyli takie, które posiadają
anizotropię kształtu. Cząsteczki takie wcześniej wykazują topnienie translacyjne, z
zachowaniem zablokowania wszystkich lub części rotacyjnych stopni swobody. Powoduje to,
Ŝe wszystkie ciekłe kryształy cechuje brak uporządkowań dalekiego zasięgu środków
cięŜkości molekuł (jak w cieczy) ale równocześnie dalekozasięgowe orientacyjne
uporządkowanie molekuł (cecha kryształu).
Rodzajów faz ciekłokrystalicznych jest wiele. Aby zrozumieć mechanizm ich tworzenia
najlepiej jest się przyjrzeć najprostszej z nich zwanej fazą nematyczną.
W fazie tej pręto- lub dyskopodobne cząsteczki mają zablokowaną moŜliwość zmieniania
kąta ułoŜenia jednej ze swoich osi względem innych cząsteczek, co powoduje, Ŝe cząsteczki
układają się samorzutnie osiami równolegle do siebie
Mają one jednak nadal swobodę przemieszczania się w całej objętości cieczy. Skłonność
układania się cząsteczek w ten, a nie innych sposób, wynika ze złoŜonych oddziaływań
termodynamicznych między nimi, dodatkowo wzmacnianych przez siły Van Der Waalsa.
Takie ułoŜenie cząsteczek zmienia szereg własności cieczy powodując, Ŝe wykazuje ona np.
dwójłomność optyczną podobnie jak typowe kryształy.
Systematyka ciekłych kryształów
Faza ciekłokrystaliczna moŜe być generowana na dwa sposoby:
* poprzez ogrzewanie stałych kryształów – jest nazywana wtedy mezofazą termotropową.
Kryształy, zamiast od razu topić się w zwykłą ciecz, przechodzą w pewnej określonej
temperaturze w stan mezofazy, a dopiero w wyŜszej temperaturze następuje izotropizacja
mezofazy, czyli zamiana ciekłych kryształów w zwykłą ciecz.
* poprzez rozpuszczanie cząsteczek mających tendencję do tworzenia mezofazy w
odpowiednim rozpuszczalniku – faza jest nazywana wtedy mezofazą liotropową. W układzie
takim rozpuszczone pręto- lub dyskopodobne cząsteczki tworzą mezofazę "zmuszając"
niejako cząsteczki rozpuszczalnika do uczestniczenia w tej fazie.
Stopień uporządkowania
Dla cząsteczek w kaŜdym rodzaju fazy ciekłokrystalicznej wyróŜnić moŜna jeden, główny
kierunek orientacji opisywany przez wersor (direktor), względem którego molekuły są średnio
równoległe. Oprócz tego mogą jednak teŜ występować dodatkowe formy orientacji.
Piksel (ang. pixel - wyraz utworzony ze zbitki dwóch angielskich słów: picture+element) jest
to najmniejszy element obrazu bitmapowego. Jeden piksel to bardzo mały kwadrat (rzadziej:
prostokąt) wypełniony w całości jednolitym kolorem. Piksel stanowi takŜe najmniejszy
element obrazu wyświetlanego na monitorze komputera. Tryb pracy monitora, a konkretnie
jego rozdzielczość to właśnie liczba pikseli jakie zawiera on w pionie i poziomie.
Najczęstszym rozwiązaniem uzyskiwania róŜnych kolorów jest zastosowanie mieszania barw
w systemie RGB (czerwony-zielony-niebieski). Obraz składa się z bardzo duŜej ilości pikseli,
których kolory mogą być niezaleŜnie zmieniane. KaŜdy piksel składa się z trzech części
świecących w kolorach: czerwonym, zielonym i niebieskim (zobacz zdjęcie obok).
Odpowiednie sterowanie intensywnościami tych składowych podpikseli powoduje powstanie
wypadkowego koloru całego piksela. Kolorowi białemu odpowiada maksymalna
intensywność świecenia wszystkich trzech składowych, kolorowi czarnemu - wszystkie
podpiksele wygaszone.
*Polaryzator urządzenie optyczne przepuszczające światło o określonej polaryzacji liniowej.
** Analizator światła spolaryzowanego jest to polaryzator o określonej, znanej płaszczyźnie
polaryzacji. UmoŜliwia on wyznaczenie płaszczyzny polaryzacji światła spolaryzowanego.
*** Faza nematyczna (gr. nema - nić) to takie ułoŜenie cząsteczek ciekłego kryształu, Ŝe są
one zorientowane w tym samym kierunku, lecz ich środki cięŜkości nie są uporządkowane
Technologia plazmowa
Chaotyczny początek
Wbrew popularnemu mniemaniu, technologia plazmowa nie jest wcale technologią nową choć jej spopularyzowanie nastąpiło dopiero w latach 90-tych. Badania nad wyświetlaczami
plazmowymi rozpoczęły się w USA w 1960 roku. Technologię tę opracowało czterech
naukowców: Bitzer, Slottow, Willson I Arora. Pierwszy prototyp powstał bardzo szybko, bo
w 1964 roku. Matryca, rewolucyjna jak na swe czasy, miała rozmiar 4 x 4 piksele, które
emitowały jednobarwne niebieskie światło. W roku 1967 rozmiar matrycy plazmowej został
zwiększony do wielkość 16 x 16 pikseli, które, przy uŜyciu neonu, emitowały jednobarwne
czerwone światło.
Na początku lat 70tych tą technologią zainteresowali się producenci - firmy takie jak IBM,
NEC, Fujitsu i Matsushita. Niestety, z powodu braku zainteresowania rynków przemysłowych
rozwój technologii w USA zamarł na dobre w 1987 roku. Ostatni poddał się niebieski gigant IBM. Kilku naukowców nadal zajmowało się tą technologią w USA, ale badania na większą
skalę trwały głównie w Japonii. Pierwsze powszechnie dostępne modele pojawiły się na
rynku na początku lat 90-tych. Fujitsu było pierwszą firmą, która przekroczyła barierę 21 cali.
Obecnie większość znaczących producentów elektroniki oferuje wyświetlacze plazmowe LG, Pioneer, Philips, Hitachi i inni.
"Prosta" zasada działania
Ogólna zasada działania wyświetlaczy plazmowych jest dość prosta: kaŜdy subpiksel to
mikroskopijna lampa fluorescencyjna, emitująca jedną z barw podstawowych - kolor
czerwony, zielony lub niebieski. Dzięki zróŜnicowaniu intensywności światła emitowanego
przez subpiksele moŜliwe jest uzyskanie wielu odcieni barw.
Zasada jest ta sama, co w przypadku dobrze nam znanych lamp fluorescencyjnych (tzw.
świetlówek): gaz szlachetny (na przykład argon) jest zamknięty w rurce. Na obu końcach
rurki znajdują się elektrody, do których dostarczane jest wysokie napięcie (kilkaset Voltów).
Gaz szlachetny jest elektrycznie obojętny, ale prąd elektryczny przekształca go w plazmę gaz złoŜony z wolnych elektronów i jonów dodatnich. Z powodu róŜnicy potencjałów
elektrony przemieszczają się do dodatniej elektrody, a jony dodatnie są przyciągane przez
ujemną końcówkę rurki. Te ruchy prowadzą do zderzeń atomów. Gdy atomy zderzają się,
uzyskują dodatkową energię, a ich elektrony przemieszczają się na wyŜsze orbity. A gdy
powracają na orbitę początkową, emitują foton: cząsteczkę światła.
Emitowane światło jest efektem ruchu plazmy w silnym polu elektrycznym. Ale róŜnica
potencjałów na końcach rurki nie wystarcza. Aby emitować światło, plazma musi być w
ciągłym ruchu, dlatego teŜ do końcówek podawany jest prąd zmienny. Powoduje to migrację
jonów z jednego końca na drugi, tam i z powrotem.
Jest jednak jeden problem. Światło emitowane przez plazmę nie jest widoczne: jest to
promieniowanie ultrafioletowe, którego nie rejestruje oko ludzkie. Dlatego teŜ naleŜy je
zmienić w widzialne. Aby to osiągnąć, ściany rurki pokrywane są emitującą białe światło
substancją czułą na ultrafiolet. Ta substancja, zwana teŜ fosforem, to luminofor, który słuŜy
do zamiany jednego rodzaju promieniowania na inny.
UŜycie luminoforu nie jest nowością w świecie wyświetlaczy. Lampa kineskopowa (CRT)
zawiera luminofor, który zamienia strumień elektronów na czerwone, zielone, lub niebieskie
światło.
Od rurki fluoroscencyjnej do plazmowego piksela
Zastosowanie tej technologii w pikselach, uŜytych w wyświetlaczach plazmowych jest dość
proste. KaŜdy piksel składa się z trzech identycznych mikroskopijnych otworów
zawierających gaz szlachetny (ksenon) i posiadających dwie elektrody - przednią i tylną.
Plazma w otworach porusza się wzbudzana silnym prądem zmiennym przebiegającym przez
elektrody. Plazma emituje promieniowanie UV (kolor fioletowy na wykresie), które uderza w
luminofor na dnie kaŜdego otworu. KaŜdy z nich emituje jeden podstawowy kolor czerwony, zielony, lub niebieski. Kolorowe światło przechodzi przez szybę i jest widoczne
dla uŜytkownika.
Choć piksele plazmowe działają podobnie do lamp fluoroscencyjnych, to produkcja ekranów
składających się z ogromnej liczby pikseli jest dość skomplikowana. Pierwszą trudnością,
jaką napotykają producenci jest rozmiar samych pikseli. Wymiary subpiksela to 200µm x
200µm x 100µm i wcale nie jest łatwo umieścić obok siebie kilka milionów takich pikseli.
Przednia elektroda musi być maksymalnie przezroczysta. Do w tym celu uŜywany jest tlenek
cynowo-indowy (indium tin oxide - ITO), poniewaŜ równocześnie przewodzi prąd i jest
przezroczysty. Wyświetlacze plazmowe są tak duŜe, a warstwa ITO tak cienka, Ŝe opór
elektryczny materiału staje się zbyt duŜy, aby zapewnić odpowiednią propagację napięcia (ok.
300 Voltów). Dlatego teŜ często dodaje się cienką warstwę chromu, który jest dobrym
przewodnikiem, ale niestety nie jest całkowicie przezroczysty.
Potrzebne są teŜ odpowiednie scyntylatory (czyli luminofory). Dobór odpowiedniego
luminoforu do piksela zaleŜy od koloru emitowanego światła:
•
•
•
Zielony: Zn2SiO4:Mn2+ / BaAl12O19:Mn2+
Czerwony: Y2O3:Eu3+ / Y0,65Gd0,35BO3:Eu3
Niebieski: BaMgAl10O17:Eu2+
Te trzy luminofory wytwarzają fale o długość 510-512 nm dla zielonego, 610 nm dla
czerwonego i 450 nm dla niebieskiego. (Zgoda, dokładne wzory chemiczne nie są potrzebne
do zrozumienia jak działa ekran plazmowy, ale na pewno docenią je zaprzyjaźnieni chemicy)
Ostatni problem to adresowanie pikseli. Jak wiemy, w celu otrzymania róŜnych odcieni
kolorów, intensywność kolorów podstawowych trzech subpikseli musi się zmieniać
niezaleŜnie od siebie.
Wyświetlacz plazmowy o rozdzielczości 1280x768 to ok. 3 miliony subpikseli i 6 milionów
elektrod. Rzecz jasna niemoŜliwe jest wytyczenie 6 milionów niezaleŜnych linii do kontroli
subpikseli, więc są one multipleksowane (łączone). Przednie linie są wspólne dla całego
rzędu, a tylnie dla całej kolumny. Specjalne układy elektroniczne wyświetlacza decydują,
które piksele naleŜy podświetlić. Dzieje się to bardzo szybko i jest niezauwaŜalne przez
uŜytkownika - proces ten przypomina skanowanie w monitorach CRT
Przednie elektrody (skanowanie i podtrzymywanie) są wykonane z ITO w celu zachowania
przezroczystości.
Kontrola wyświetlaczy ACC jest bardziej skomplikowana, ale ich główną zaletą jest to, Ŝe
przepływ plazmy jest dłuŜszy niŜ w tradycyjnych wyświetlaczach z dwoma elektrodami. W
czasie pierwszej fazy pomiędzy elektronami skanowania i danych silna róŜnica potencjałów
wynosząca 300V (+100V i -200V) tworzy "ścianę" ładunków. Następnie ładunki krąŜą
pomiędzy elektrodami skanowania i podtrzymywania dzięki podawanemu na nie prądowi
zmiennemu (+180V, -180V, +180V, itd.). Zaletą tego rozwiązania jest zwolnienie elektrody
danych, w czasie, gdy dwie pozostałe elektrody utrzymują plazmę w ruchu. W ten sam
sposób, przy pomocy elektrody danych, moŜna przerwać wyładowania.
Wady i zalety wyświetlaczy plazmowych
Niezaprzeczalne plusy
Technologia plazmowa posiada wiele zalet w stosunku do LCD i CRT. Przede wszystkim,
luminofory w telewizorach plazmowych pozwalają na uzyskanie szerszej gamy Ŝywszych
kolorów. Zakres chromatyczny ekranów plazmowych jest duŜo szerszy niŜ w przypadku
tradycyjnych telewizorów kineskopowych. Ponadto kąty widzenia, zwłaszcza w porównaniu z
wyświetlaczami LCD, są bardzo szerokie.. Wynika to z faktu, Ŝe to piksele generują światło,
inaczej niŜ w przypadku LCD - o czym za chwilę. Ekrany plazmowe nie potrzebują teŜ
polaryzatora.
Wreszcie, kontrast w niczym nie ustępuje najlepszym telewizorom kineskopowym. Jedną z
przyczyn jest wysoka jakość czerni. Wyłączony piksel nie emituje Ŝadnego światła, inaczej
niŜ w przypadku pikseli LCD. Telewizory plazmowe charakteryzują się teŜ lepszą jasnością
niŜ telewizory kineskopowe, osiągając od 900 do 1000 nitów.
Wyświetlacze plazmowe osiągają duŜe długości przekątnej (32 - 50 cali) przy bardzo małej
grubości. Jest to duŜa przewaga nad telewizorami CRT, które jak wiadomo robią się coraz
grubsze wraz ze wzrostem wielkości ekranu.
Główne wady
DuŜym problem wyświetlaczy plazmowych jest rozmiar pikseli. Zredukowanie rozmiarów
pikseli plazmowych poniŜej 0,5- 0,6 mm jest bardzo trudne, jeśli nie niemoŜliwe. W
rezultacie nie ma telewizorów plazmowych o przekątnej mniejszej niŜ 32" (82 cm). Aby
uzyskać zadowalającą rozdzielczość wielkość wyświetlaczy plazmowych musi wynosić od 32
do 50 cali (82 do 127cm).
JeŜeli chodzi o jakość obrazu, technologia plazmowa nadal boryka się z pewnymi
problemami. Problemy te zasadniczo wynikają z natury samych pikseli. PoniewaŜ piksele
plazmowe potrzebują wyładowania elektrycznego, aby wyemitować światło, są one albo
zapalone albo zgaszone, ale nie istnieje stan pośredni. Dlatego teŜ do kontrolowania ich
jasności uŜywana jest modulacja impulsowa-kodowa (Pulse Code Modulation - PCM).
To nieskomplikowana metoda. Aby piksel był jasny, jest zapalany wielokrotnie. Aby uzyskać
ciemniejszy odcień piksel zapalany jest rzadziej. Oko ludzkie dokonuje uśrednienia. Ta
metoda się sprawdza, ale wiąŜe się z nią kilka problemów. Działa ona dobrze dla średnich i
jasnych kolorów - natomiast z powodu zredukowanej kwantyzacji trudniej jest rozróŜnić dwa
ciemne odcienie.
Z duŜej odległości obraz jest równomierny, ale oglądany z bliska powoduje zmęczenie
wzroku. Przyjmuje się, Ŝe oko ludzkie nie rejestruje migotania, jeŜeli jego częstotliwość jest
wyŜsza niŜ 85 Hz, ale to nie do końca prawda. W rzeczywistości oko ludzkie jak najbardziej
rejestruje migotanie, tyle Ŝe mózg nie jest w stanie tak szybko przetworzyć obrazów. W
rezultacie obraz przy 85 Hz moŜe spowodować zmęczenie wzroku, nawet jeŜeli oglądający
nie widzi migotania.
Tak właśnie jest w przypadku pikseli plazmowych. Migotanie moŜe spowodować dyskomfort
przy oglądaniu telewizji z bliska. Więc obraz na wyświetlaczu plazmowym jest większy, ale
trzeba siedzieć daleko od niego. Tracimy przez to część przyjemności z oglądania.
Ponadto piksele plazmowe wypalają się. Gdy na monitorze CRT przed długi czas
wyświetlany jest ten sam nieruchomy obraz, zostaje on na stałe utrwalony w fosforze. Gdy
potem obraz się zmienia, to w tle widać poprzedni obraz, jak gdyby został zapisany na
ekranie. Spowodowane jest to przedwczesnym zuŜyciem się luminoforu, który na skutek
ciągłego uŜywania szybciej zuŜywa się i staje się mniej wydajny. PoniewaŜ wyświetlacze
plazmowe takŜe wykorzystują luminofory, więc są równie podatne na wypalenie, jak
monitory CRT.
Podczas normalnego uŜywania telewizora nie jest to problem, poniewaŜ wyświetlany obraz
bez przerwy się zmienia, a więc piksele zuŜywają się równomiernie. MoŜe być to problemem
w przypadku niektórych zastosowań biznesowych. Przykładowo, na ekranie, który bez
przerwy wyświetla obraz z tej samej stacji telewizyjnej, utrwali się logo tej stacji (CNN,
NBC, MTV, itp.) poniewaŜ znajduje się ono zawsze w tym samym jest do wyświetlania
statycznych reklam, obraz taki moŜe utrwalić się na wyświetlaczu.
To zjawisko ogranicza Ŝywotność wyświetlaczy plazmowych, Informacje o przeciekaniu
ekranów plazmowych i konieczności ich uzupełniania moŜna włoŜyć między bajki. Natomiast
luminofory rzeczywiście się zuŜywają i nie moŜna temu zapobiec. Co gorsza, nie wszystkie
luminofory zuŜywają się w tym samym stopniu. Niebieski kanał zawsze zuŜywa się szybciej
niŜ pozostałe (choć sytuacja i tak poprawiła się w porównaniu z pierwszymi wyświetlaczami
plazmowymi).
Na koniec kwestia opłacalności: wyświetlacze plazmowe są drogie. Nie dość, Ŝe ich
produkcja jest kosztowna i skomplikowana, to elektronika kontrolująca wyświetlacz wymaga
pewnych wysokowydajnych półprzewodników. Jest to spowodowane faktem, Ŝe linie elektrod
muszą przenosić kilkaset Voltów przy wysokich częstotliwościach. Wysokie napięcia
powodują, wyświetlacze plazmowe zuŜywają duŜo więcej prądu niŜ wyświetlacze LCD.
Przykładowo 42-calowy (107 cm) wyświetlacz plazmowy zuŜywa 250W, podczas gdy
wyświetlacz LCD o tej samej przekątnej zuŜywa zaledwie 150W.
Zastosowania wyświetlaczy plazmowych
Wyświetlacze plazmowe znajdują zastosowanie głównie w profesjonalnych
wielkoformatowych systemach wideo, DuŜy rozmiar i jakość obrazu powoduje, Ŝe idealnie
nadają się do oglądania DVD i obrazu w systemie High Definition. Wyświetlacze plazmowe
znalazły swe miejsce na rynku high-end, gdzie wysoki koszt, zuŜycie fosforu i duŜy pobór
prądu nie mają wielkiego znaczenia, gdyŜ najwaŜniejsza jest wydajność i jakość.
Patrząc w przyszłość, moŜna zaryzykować tezę, Ŝe technologia LCD zagrozi rynkowi plazmy,
zmuszając producentów do produkcji ekranów o coraz większym rozmiarze. Powód jest
oczywisty: technologia LCD jest dobrze opanowana, a produkcja jest coraz prostsza i tańsza.
O ile nie nastąpią jakieś przełomowe innowacje, zastosowanie plazmy w warunkach
domowych pozostanie ograniczone do sytuacji, w których niezbędny jest duŜy obraz, który
nie będzie oglądany z bliska. Zachowanie odległości przy oglądaniu w duŜym stopniu
ogranicza zastosowanie plazmy.
Problem migotania wyświetlaczy plazmowych powoduje, Ŝe zastosowanie ich jako
wyświetlaczy komputerowych jest mało prawdopodobne.